JPH09184937A

JPH09184937A - 導波路素子

Info

Publication number: JPH09184937A
Application number: JP8000369A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Izutsu; 雅之井筒; Atsushi Shimonaka; 淳下中
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-01-05
Filing date: 1996-01-05
Publication date: 1997-07-15

Abstract

(57)【要約】【課題】伝搬光の伝搬モードの崩れを抑えつつ、しか
も小型化を図る上での弊害を招くことなく、伝搬光を効
率よく分岐することができる導波路素子１００ａを得
る。【解決手段】光導波路を、光吸収のない光導波層１１
０ａと、これを囲む金属からなる光ガイド層１１０ｂと
からなる構造とし、該光導波路を、入射導波路部１１１
の一端と出射導波路部１１２の中間部分とが重なったＴ
字型導波路部１０１を有し、該Ｔ字型導波路部１０１で
は、入射導波路部１１１の入射端から該重なり部１１０
ｃに向けて伝搬する光が重なり部１１０ｃにて分岐さ
れ、該分岐された光が出射導波路部１１２の両端側に向
けて伝搬するよう構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は導波路素子に関し、
特に光通信や光情報処理等に利用される光導波路素子に
おける、伝搬光を分岐する分岐部の構造、及び伝搬光の
伝搬方向を変向する光変向部の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】まず、従来の全反射型の光導波路におけ
る光の伝搬原理について簡単に説明する。

【０００３】図７は従来の全反射型の光導波路の構成を
模式的に示す図であり、図７（ａ）は光導波層の幅が広
いもの、図７（ｂ）は光導波層の幅が狭いものを示して
いる。

【０００４】図において、２０１は、幅Ｗ₁の広い光導
波層２０１ａを有する全反射型の光導波路であり、該光
導波層２０１ａが、これに比べて屈折率の小さい光ガイ
ド層２０１ｂにより取り囲まれた構造となっている。ま
た、２０２は、幅Ｗ₂の狭い光導波層２０２ａを有する
全反射型の光導波路であり、該光導波層２０２ａが、こ
れに比べて屈折率の小さい光ガイド層２０２ｂにより取
り囲まれた構造となっている。

【０００５】上記のような全反射型の光導波路２０１，
２０２では、図７に示すように、伝搬光Ｌは、光導波層
と光ガイド層との界面で反射して光導波層中を伝搬す
る。

【０００６】ところで、このような全反射型の光導波路
では、光導波層と光ガイド層との屈折率差と、光導波層
の幅との間には一定の関係があり、該屈折率差により決
まる伝搬角は、光導波層の幅が小さいほど大きくなる。
つまり、光導波層の幅Ｗ₂が狭い光導波路２０２を伝搬
する伝搬光Ｌの伝搬角θ₂は、光導波層の幅Ｗ₁の広い光
導波路２０１を伝搬する伝搬光Ｌの伝搬角θ₁に比べて
大きい。

【０００７】次に、従来の光分岐部を有する全反射型の
光導波路における光分岐の原理について簡単に説明す
る。

【０００８】図８は従来の光分岐機能を有する光導波路
の構成を模式的に示す図であり、図８（ａ）は光導波層
の幅が広いもの、図８（ｂ）は光導波層の幅が狭いもの
を示している。

【０００９】図において、２１０は、従来の光分岐機能
を有する光導波路であり、光が伝搬する光導波層２１０
ａと、該光導波層を取り囲む、該光導波層より屈折率の
小さい光ガイド層２１０ｂとから構成されている。この
光導波路２１０は、光が第１の方向に伝搬する第１の導
波路部２１１と、光が該第１の方向と直交する第２の方
向に伝搬する第２の導波路部２１２とからなる、該第１
の導波路部の一端と該第２の導波路部の中間部分とが重
なったＴ字型導波路部を有している。該Ｔ字型導波路部
では、該第１の導波路部２１１の他端側から該両導波路
部の重なり部分２１０ｃに向けて伝搬する光が該重なり
部分２１０ｃにて分岐され、該分岐された光が該第２の
導波路部２１２の両端側に向けて伝搬するよう構成され
ている。

【００１０】また、２２０は光分岐機能を有する光導波
路で、上記光導波路２１０における光導波層２１０ａに
比べて幅の狭い光導波層２２０ａを有しており、その他
の構成は上記光導波路２１０と同一である。

【００１１】このようにＴ型光導波路部を有する光導波
路では、光導波層の幅を狭くすることにより、伝搬光の
伝搬角（θ₁＜θ₂）が大きくなり、Ｔ型光導波路部での
光分岐を効率よく行うことができるようになる。例え
ば、信学技報 TECHNICAL REPORT OF IEICE. OPE94-73
(1994-10) p.43〜p.48（以下、先行技術文献１とい
う。）には、このように光導波層（光導波部分）を０．
１０４μｍと非常に狭くしたＴ字型ビームスプリッタが
開示されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、光導波部分
（光導波層）の幅を狭くした光導波路では、これに光を
導入するときの効率が極端に低下することとなり、ま
た、光導波部分の狭い光導波路はその作製が簡単ではな
く、つまり作製プロセス上での問題があり、実用的なも
のではない。

【００１３】そうであるからといって、光導波部分の幅
を広げた場合は、上述したように伝搬光の伝搬角が小さ
くなり、分岐部での反射の増大により光分岐効率が低下
する。

【００１４】例えば、上記先行技術文献１には、図９
（ａ）に示すように、第１の光導波部２３１と第２の光
導波部２３２とからなるＴ字型光導波路部を有する光導
波路２３０において、第１及び第２の光導波部の重なり
部２３３にノッチ部２３４を設け、光の分岐効率を高め
たものがある。

【００１５】このノッチ部２３４を設けた光導波路２３
０では、光導波部分の幅が十分せまいため、伝搬光の分
岐効率はよいが、この場合も、上述したようにこの光導
波路への光の導入効率は低く、またその作製が簡単では
ないという問題がある。

【００１６】また、ノッチ部を用いずに分岐効率を高め
る構造として、光分岐部としてＴ字型光導波路部を用い
るのではなく、図９（ｂ）に示す光導波路２４０のよう
に、光分岐部，つまり第１及び第２の光導波部２４１及
び２４２の重なり部２４３を、緩やかな曲率で湾曲した
構造とする構成が考えられる。

【００１７】この場合、光分岐部の占める面積が大きく
なり、光導波路の小型化が困難となる。

【００１８】ところで、近年、従来からの全反射型の光
導波路とは全く異なる導波原理により光の伝搬を行う２
次元導波路構造が報告されている（谷口昌弘、井筒雅
之、”微小構造を持つ新形式光導波路の低損失化”、電
子情報通信学会秋季全国大会、Ｃ−２１９、２２０頁、
１９９４年９月２９日）（先行技術文献２）。

【００１９】図１０は、この文献に開示されている、全
反射型の光導波路の導波原理とは異なる導波原理を採用
した２次元導波路の構造を示している。図中、３００は
上記２次元導波路で、対向して配置された２つの光ガイ
ド層３０２ａ及び３０２ｂと、該両光ガイド層の間に配
置された光導波層３０１とからなり、光が光導波層３０
１と光ガイド層３０２ａ，３０２ｂとの界面にて減衰し
ながら伝搬するようになっている。ここでは光ガイド層
３０２ａ，３０２ｂは金属（Ａｕ）からなり、光導波層
３０１はポリイミドから構成されており、中空導波路を
光伝搬用に低損失化した構造となっている。

【００２０】この２次元導波路では、光導波層の屈折率
の大きさが光ガイド層の複素屈折率の大きさより小さ
く、両者の屈折率差が大きいため、大きな角度での光の
分岐及び変向が可能であると示唆されているが、上記先
行技術文献２には、このような２次元的導波機構を３次
元的な光導波路に適用した具体的な構成やこのような３
次元的的な光導波路における、光導波層の幅と、光導波
層と光ガイド層の屈折率差との関係は何等開示されてい
ない。

【００２１】このようなことから、従来においては、上
記全反射型の光導波路における課題は何等解決されてい
ない。

【００２２】つまり、導波路中を伝搬する伝搬光の分岐
効率を高めるとともに、分岐後の伝搬光をシングルモー
ド化するには、光導波層の幅を狭めざるを得えず、光の
光導波層への導入効率の低下、光導波路の作製プロセス
の困難化を招くこととなる。

【００２３】また、全反射型の光導波路において、分岐
効率を高めるためにノッチ部を設けると、分岐後の伝搬
光の伝搬モードが崩れることとなり、さらに、全反射型
の光導波路において、光分岐部を緩やかな曲率で湾曲し
た構造とすることにより、分岐後の伝搬光の伝搬モード
を損なうことなく、分岐効率よく伝搬光を分岐しようと
すると、光分岐部の占める面積が大きくなり、光導波路
の小型化が困難となる。

【００２４】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたもので、伝搬光の伝搬モードの崩れを抑え
つつ、しかも小型化を図る上での弊害を招くことなく、
伝搬光を効率よく分岐あるいは変向することができる導
波路素子を得ることを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本件発明者は、上記本発
明の目的を達成すべく鋭意研究した結果、全反射型の導
波路とは導波原理の異なる導波路、つまり伝搬光が光導
波層と光ガイド層との界面部分にて減衰しながら伝搬す
る機構の導波路（以下、非全反射型の導波路という。）
では、伝搬光の分岐効率や伝搬モードに関連する伝搬角
を規定する屈折率差Δｎと光導波層の幅とは、直接的な
結びつきがない点を見い出し、しかも非全反射型の３次
元的な導波路として、光導波層をこれより屈折率の大き
い光ガイド層で囲んだ断面構造のものでは、光導波層の
幅とは関係なく、光ガイド層と光導波層との屈折率差を
設定できることを見いだした。そして本発明は、このよ
うな点に基づいてなされたものである。

【００２６】この発明（請求項１）に係る導波路素子
は、光が伝搬する光導波層と、該光導波層を取り囲む光
ガイド層とからなり、該光導波層の屈折率が該光ガイド
層の屈折率より小さい洩れ波導波路構造の光導波路を備
えた導波路素子である。

【００２７】該光導波路は、光が第１の方向に伝搬する
第１の導波路部と、光が該第１の方向と直交する第２の
方向に伝搬する第２の導波路部とからなる、該第１の導
波路部の一端と該第２の導波路部の中間部分とが重なっ
たＴ字型導波路部を有し、該Ｔ字型導波路部では、該第
１の導波路部の他端側から該両導波路部の重なり部分に
向けて伝搬する光が該重なり部分にて分岐され、該分岐
された光が該第２の導波路部の両端側に向けて伝搬する
よう構成されている。そのことにより上記目的が達成さ
れる。

【００２８】この発明（請求項２）に係る導波路素子
は、光が伝搬する光吸収のない光導波層と、該光導波層
を取り囲む、金属からなる光ガイド層とから構成された
光導波路を備えた導波路素子である。

【００２９】該光導波路は、光が第１の方向に伝搬する
第１の導波路部と、光が該第１の方向と直交する第２の
方向に伝搬する第２の導波路部とからなる、該第１の導
波路部の一端と該第２の導波路部の中間部分とが重なっ
たＴ字型導波路部を有し、該Ｔ字型導波路部では、該第
１の導波路部の他端側から該両導波路部の重なり部分に
向けて伝搬する光が該重なり部分にて分岐され、該分岐
された光が該第２の導波路部の両端側に向けて伝搬する
よう構成されている。そのことにより上記目的が達成さ
れる。

【００３０】この発明（請求項３）に係る導波路素子
は、光が伝搬する光導波層と、該光導波層を取り囲む光
ガイド層とからなり、該光導波層の屈折率が該光ガイド
層の屈折率より小さい洩れ波導波路構造の光導波路を備
えた導波路素子である。

【００３１】該光導波路は、光が第１の方向に伝搬する
第１の導波路部と、光が該第１の方向と直交する第２の
方向に伝搬する第２の導波路部とからなる、該第１の導
波路部の一端部と該第２の導波路部の一端部とが重なっ
たＬ字型導波路部を有し、該Ｌ字型導波路部では、該第
１の導波路部の他端側から該両導波路部の重なり部分に
向けて伝搬する光が、該重なり部分にて変向されて該第
２の導波路部の他端側に向けて伝搬するよう構成されて
いる。そのことにより上記目的が達成される。

【００３２】この発明（請求項４）に係る導波路素子
は、光が伝搬する光吸収のない光導波層と、該光導波層
を取り囲む、金属からなる光ガイド層とから構成された
光導波路を備えた導波路素子である。

【００３３】該光導波路は、光が第１の方向に伝搬する
第１の導波路部と、光が該第１の方向と直交する第２の
方向に伝搬する第２の導波路部とからなる、該第１の導
波路部の一端部と該第２の導波路部の一端部とが重なっ
たＬ字型導波路部を有し、該Ｌ字型導波路部では、該第
１の導波路部の他端側から該両導波路部の重なり部分に
向けて伝搬する光が、該重なり部分にて変向されて該第
２の導波路部の他端側に向けて伝搬するよう構成されて
いる。そのことにより上記目的が達成される。

【００３４】この発明（請求項５）は、請求項１ないし
４のいずれかに記載の導波路素子において、前記第２の
導波路部を、これと前記第１の導波路部との重なり部分
及びその近傍部分が、その他の部分より狭い光フィルタ
ー部となっており、該光フィルター部にて、該第１の導
波路部から該第２の導波路部へ伝搬する伝搬光の高次モ
ード化を抑制する構成としたものである。

【００３５】この発明（請求項６）は、請求項１ないし
４のいずれかに記載の導波路素子において、前記第１の
導波路部と前記第２の導波路部との重なり部分を、その
前記第２の方向に沿った側部に該第２の導波路部内に迫
り出すよう形成された、該重なり部分へ入射する伝搬光
の該第２の導波路部への反射を促進する光反射促進部を
有する構造としたものである。

【００３６】この発明（請求項７）は、請求項１ないし
４のいずれかに記載の導波路素子において、前記第１の
導波路部を、これと前記第２の導波路部との重なり部分
の近傍部分に光戻り防止フィルター部を有し、該光戻り
防止フィルター部では、該第１の導波路部のその他の部
分とは、光伝搬方向と垂直な方向における寸法が異なっ
ており、該光戻り防止フィルター部にて、該第１の導波
路部から該第２の導波路部へ伝搬する伝搬光が該重なり
部分での反射により該第１の導波路部側に戻るのを抑制
する構成としたものである。

【００３７】この発明（請求項８）は、請求項５記載の
導波路素子において、前記光フィルター部では、前記第
２の導波路部での光伝搬方向と垂直な平面内での所定方
向の寸法を、前記光導波路を伝搬する光の波長以下とし
たものである。

【００３８】この発明（請求項９）は、請求項１ないし
４のいずれかに記載の導波路素子において、前記光導波
層及び光ガイド層を、半導体材料からなる基板上に形成
したものである。

【００３９】この発明（請求項１０）は、請求項５記載
の導波路素子において、前記光導波層及び光ガイド層
を、半導体材料からなる基板上に形成し、前記光フィル
ター部を、前記第２の導波路部での光の伝搬方向と平行
でかつ該基板の表面に垂直な平面上に形成したものであ
る。

【００４０】この発明（請求項１１）は、請求項６記載
の導波路素子において、前記光導波層及び光ガイド層
を、半導体材料からなる基板上に形成し、前記光反射促
進部を、前記第２の導波路部での光の伝搬方向と平行で
かつ該基板の表面に垂直な平面上に形成したものであ
る。

【００４１】この発明（請求項１２）は、請求項７記載
の導波路素子において、前記光導波層及び光ガイド層
を、半導体材料からなる基板上に形成し、前記光戻り防
止フィルター部を、前記第１の導波路部での光の伝搬方
向と平行でかつ該基板の表面に垂直な平面上に形成した
ものである。

【００４２】この発明（請求項１３）は、請求項１また
は２記載の導波路素子において、前記第１及び第２の導
波路部の重なり部分を、該第１の導波路部を伝搬する光
を、該第２の導波路部の両端側へ分岐する光分岐部と
し、該光分岐部には、ここに入射する伝搬光の第２の導
波路部への反射を促進する光反射促進部を設け、該光反
射促進部を、該第２の導波路部での光の伝搬方向におけ
る寸法が該伝搬光の波長の０．３〜１．０倍となり、該
第１の導波路部での光の伝搬方向における寸法が該伝搬
光の波長の０．１５〜０．５５倍となるよう構成したも
のである。

【００４３】この発明（請求項１４）は、請求項３また
は４記載の導波路素子において、前記第１及び第２の導
波路部の重なり部分を、該第１の導波路部を伝搬する光
の伝搬方向を、該第２の導波路部における光の伝搬方向
に変向する光変向部とし、該光変向部には、ここに入射
する伝搬光の第２の導波路部への反射を促進する光反射
促進部を設け、該光反射促進部を、該第２の導波路部で
の光の伝搬方向における寸法が該伝搬光の波長の０．８
〜１．０５倍となり、該第１の導波路部での光の伝搬方
向における寸法が該伝搬光の波長の０．８５〜１．０５
倍となるよう構成したものである。

【００４４】この発明（請求項１５）は、請求項１また
は２記載の導波路素子において、前記第１及び第２の導
波路部の重なり部分を、該第１の導波路部を伝搬する光
を該第２の導波路部の両端側へ分岐する光分岐部とし、
該光分岐部には、該第１の導波路部から該第２の導波路
部へ伝搬する伝搬光が該重なり部分での反射により該第
１の導波路部側に戻るのを抑制する光戻り防止フィルタ
ー部を設け、該光戻り防止フィルター部を、該第１の導
波路部での光の伝搬方向における寸法が該伝搬光の波長
の１．０５〜１．４５倍となり、該第２の導波路部での
光の伝搬方向における寸法が該伝搬光の波長の０．４〜
０．７倍となるよう構成したものである。

【００４５】この発明（請求項１６）は、請求項３また
は４記載の導波路素子において、前記第１及び第２の導
波路部の重なり部分を、該第１の導波路部を伝搬する光
の伝搬方向を該第２の導波路部における光の伝搬方向に
変向する光変向部とし、該光変向部には、該第１の導波
路部から該第２の導波路部へ伝搬する伝搬光が該重なり
部分での反射により該第１の導波路部側に戻るのを抑制
する光戻り防止フィルター部を設け、該光戻り防止フィ
ルター部を、該第１の導波路部での光の伝搬方向におけ
る寸法が該伝搬光の波長の１．３５〜２．２倍となり、
該第２の導波路部での光の伝搬方向における寸法が該伝
搬光の波長の０．３〜０．５倍となるよう構成したもの
である。

【００４６】以下、本発明の作用について説明する。

【００４７】この発明（請求項１）においては、光導波
路を構成する光が伝搬する光導波層の屈折率を、該光導
波層を取り囲む光ガイド層の屈折率より小さくしたか
ら、伝搬光の伝搬角を規定する、光導波層と光ガイド層
の屈折率差を、光導波層の幅とは独立して設定可能な３
次元の洩れ波導波構造の光導波路を実現できる。

【００４８】また、該光導波路は、光が第１の方向に伝
搬する第１の導波路部と、光が該第１の方向と直交する
第２の方向に伝搬する第２の導波路部とからなり、該第
１の導波路部の一端と該第２の導波路部の中間部分とが
重なったＴ字型導波路部を有しているので、伝搬光の分
岐を該Ｔ字型導波路部にて効率よく、しかも分岐後の伝
搬光の伝搬モードの崩れを抑えつつ行うことができる。
また、この場合、分岐効率の低下や伝搬モードの崩れ抑
制のために、光導波層の幅を狭める必要はなく、このた
め光導入効率の低下を招いたり、光導波路の作製プロセ
スが困難となることはない。

【００４９】つまり、この洩れ波導波構造の光導波路で
は、光導波路と光ガイド層の屈折率差を、光導波層の幅
の制約を受けずに設定可能であるため、上記屈折率差を
伝搬光の伝搬角が大きくなるよう設定することにより、
上記Ｔ字型導波路部での光の分岐を効率良く行うことが
できるとともに、分岐後の伝搬光の伝搬モードの崩れを
抑えることができ、しかもこの際、光導波層の幅を、光
導波路の製造プロセスや光導入効率を考慮した最適な値
に設定することができる。

【００５０】この発明（請求項２）においては、光導波
路を、光吸収のない光導波層と、これを囲む金属からな
る光ガイド層とからなる構造としたので、伝搬光の伝搬
角を規定する、光導波層と光ガイド層の屈折率差を、光
導波層の幅とは独立して設定可能な非全反射型導波構造
の３次元的な光導波路を実現できる。

【００５１】また、上述した洩れ波導波構造の光導波路
と同様、該光導波路は、光が第１の方向に伝搬する第１
の導波路部と、光が該第１の方向と直交する第２の方向
に伝搬する第２の導波路部とからなり、該第１の導波路
部の一端と該第２の導波路部の中間部分とが重なったＴ
字型導波路部を有しているので、伝搬光の分岐を該Ｔ字
型導波路部にて効率よく、しかも分岐後の伝搬光の伝搬
モードの崩れを抑えつつ行うことができ、しかもこの
際、分岐効率の低下や伝搬モードの崩れ抑制のために、
光導波層の幅を狭める必要はなく、このため光導入効率
の低下を招いたり、光導波路の作製プロセスが困難とな
ることはない。

【００５２】この発明（請求項３）においては、光導波
路を構成する光が伝搬する光導波層の屈折率を、該光導
波層を取り囲む光ガイド層の屈折率より小さくしたの
で、伝搬光の伝搬角を規定する、光導波層と光ガイド層
の屈折率差を、光導波層の幅とは独立して設定可能な洩
れ波導波構造の３次元的な光導波路を実現できる。

【００５３】また、該光導波路は、光が第１の方向に伝
搬する第１の導波路部と、光が該第１の方向と直交する
第２の方向に伝搬する第２の導波路部とからなる、該第
１の導波路部の一端部と該第２の導波路部の一端部とが
重なったＬ字型導波路部を有しているので、伝搬光の変
向を該Ｌ字型導波路部にて効率よく、しかも変向後の伝
搬光の伝搬モードの崩れを抑えつつ行うことができる。
また、この場合、変向効率の低下や伝搬モードの崩れ抑
制のために、光導波層の幅を狭める必要はなく、このた
め光導入効率の低下を招いたり、光導波路の作製プロセ
スが困難となることはない。

【００５４】つまり、この洩れ波導波構造の光導波路で
は、光導波路と光ガイド層の屈折率差を、光導波層の幅
の制約を受けずに設定可能であるため、上記屈折率差を
伝搬光の伝搬角が大きくなるよう設定することにより、
上記Ｌ字型導波路部での光の変向を効率良く行うことが
できるとともに、変向後の伝搬光の伝搬モードの崩れを
抑えることができ、しかもこの際、光導波層の幅を、光
導波路の製造プロセスや光導入効率を考慮した最適な値
に設定することができる。この発明（請求項４）に係る
導波路素子は、光導波路を、光吸収のない光導波層と、
これを囲む金属からなる光ガイド層とからなる構造とし
たので、伝搬光の伝搬角を規定する、光導波層と光ガイ
ド層の屈折率差を、光導波層の幅とは独立して設定可能
な非全反射型導波構造の３次元的な光導波路を実現でき
る。

【００５５】また、請求項３と同様、該光導波路は、Ｌ
字型導波路部を有しているので、伝搬光の変向を該Ｌ字
型導波路部にて効率よく、しかも変向後の伝搬光の伝搬
モードの崩れを抑えつつ行うことができ、しかもこの
際、変向効率の低下や伝搬モードの崩れ抑制のために、
光導波層の幅を狭める必要はなく、このため光導入効率
の低下を招いたり、光導波路の作製プロセスが困難とな
ることはない。

【００５６】この発明（請求項５）においては、請求項
１ないし４のいずれかに記載の導波路素子において、光
フィルター部を設け、該光フィルター部にて、該第１の
導波路部から該第２の導波路部へ伝搬する伝搬光の高次
モード化を抑制する構成としたので、伝搬光の分岐ある
いは変向後の伝搬光の導波効率を向上できる。

【００５７】この発明（請求項６）においては、請求項
１ないし４のいずれかに記載の導波路素子において、前
記第１の導波路部と前記第２の導波路部との重なり部分
を、該重なり部分へ入射する伝搬光の第２の導波路部へ
の反射を促進する光反射促進部を有する構造としたの
で、伝搬光の分岐効率あるいは変向効率を向上すること
ができる。

【００５８】この発明（請求項７）においては、請求項
１ないし４のいずれかに記載の導波路素子において、前
記第１の導波路部を、光戻り防止フィルター部を含み、
該光戻り防止フィルター部にて、該第１の導波路部から
該第２の導波路部へ伝搬する伝搬光が該両導波路部の重
なり部分での反射により該第１の導波路部側に戻るのを
抑制する構成としたので、伝搬光の分岐効率あるいは変
向効率を向上することができる。

【００５９】この発明（請求項８）においては、請求項
５記載の導波路素子において、前記光フィルター部で
は、前記第２の導波路部での光伝搬方向と垂直な平面内
での所定方向の寸法を、前記光導波路を伝搬する光の波
長以下としたので、簡単な構造により分岐あるいは変向
後の伝搬光の伝搬モードの崩れを抑制するフィルターを
実現できる。

【００６０】この発明（請求項９）においては、請求項
１ないし４のいずれかに記載の導波路素子において、前
記光導波層及び光ガイド層を、半導体材料からなる基板
上に形成したので、半導体製造プロセスにて、上記光分
岐あるいは光変向機能を有する導波路素子を作製可能と
なる。

【００６１】この発明（請求項１０）においては、請求
項５記載の導波路素子において、前記光導波層及び光ガ
イド層を、半導体材料からなる基板上に形成し、前記光
フィルター部を、前記第２の導波路部での光の伝搬方向
と平行でかつ該基板の表面に垂直な平面上に形成してい
るので、半導体製造プロセスにて導波路素子を作製する
場合、基板材料の面方位に依存した選択エッチングによ
り光フィルター部を簡単に形成できる。

【００６２】この発明（請求項１１）においては、請求
項６記載の導波路素子において、前記光導波層及び光ガ
イド層を、半導体材料からなる基板上に形成し、前記光
反射促進部を、前記第２の導波路部での光の伝搬方向と
平行でかつ該基板の表面に垂直な平面上に形成している
ので、半導体製造プロセスにて導波路素子を作製する場
合、基板材料の面方位に依存した選択エッチングにより
光反射促進部を簡単に形成できる。

【００６３】この発明（請求項１２）においては、請求
項７記載の導波路素子において、前記光導波層及び光ガ
イド層を、半導体材料からなる基板上に形成し、前記光
戻り防止フィルター部を、前記第１の導波路部での光の
伝搬方向と平行でかつ該基板の表面に垂直な平面上に形
成したので、半導体製造プロセスにて導波路素子を作製
する場合、基板材料の面方位に依存した選択エッチング
により光戻り防止フィルター部を簡単に形成できる。

【００６４】この発明（請求項１３）においては、請求
項１または２記載の導波路素子において、前記第１及び
第２の導波路部の重なり部分である光分岐部には、ここ
に入射する伝搬光の第２の導波路部への反射を促進する
光反射促進部を設け、該光反射促進部を、該第２の導波
路部での光の伝搬方向における寸法が該伝搬光の波長の
０．３〜１．０倍となり、該第１の導波路部での光の伝
搬方向における寸法が該伝搬光の波長の０．１５〜０．
５５倍となるよう構成したので、光反射促進部での伝搬
光の第２の導波路部側への反射効率を、最大値の９０％
以上とできる。

【００６５】この発明（請求項１４）においては、請求
項３または４記載の導波路素子において、前記第１及び
第２の導波路部の重なり部分である光変向部には、ここ
に入射する伝搬光の第２の導波路部への反射を促進する
光反射促進部を設け、該光反射促進部を、該第２の導波
路部での光の伝搬方向における寸法が該伝搬光の波長の
０．８〜１．０５倍となり、該第１の導波路部での光の
伝搬方向における寸法が該伝搬光の波長の０．８５〜
１．０５倍となるよう構成したので、光反射促進部での
伝搬光の第２の導波路部側への反射効率を、最大値の９
０％以上とできる。

【００６６】この発明（請求項１５）においては、請求
項１または２記載の導波路素子において、前記第１及び
第２の導波路部の重なり部分である光分岐部には、該第
１の導波路部から該第２の導波路部へ伝搬する伝搬光が
該重なり部分での反射により該第１の導波路部側に戻る
のを抑制する光戻り防止フィルター部を設け、該光戻り
防止フィルター部を、該第１の導波路部での光の伝搬方
向における寸法が該伝搬光の波長の１．０５〜１．４５
倍となり、該第２の導波路部での光の伝搬方向における
寸法が該伝搬光の波長の０．４〜０．７倍となるよう構
成したので、伝搬光の第２の導波路部側への反射効率
を、最大値の９０％以上とできる。

【００６７】この発明（請求項１６）においては、請求
項３または４記載の導波路素子において、前記第１及び
第２の導波路部の重なり部分である光変向部には、該第
１の導波路部から該第２の導波路部へ伝搬する伝搬光が
該重なり部分での反射により該第１の導波路部側に戻る
のを抑制する光戻り防止フィルター部を設け、該光戻り
防止フィルター部を、該第１の導波路部での光の伝搬方
向における寸法が該伝搬光の波長の１．３５〜２．２倍
となり、該第２の導波路部での光の伝搬方向における寸
法が該伝搬光の波長の０．３〜０．５倍となるよう構成
したもので、変向後の伝搬光のパワーを、変向前の伝搬
光のパワーの９０％以上とすることが可能となる。

【００６８】

【発明の実施の形態】

（実施形態１）図１は本発明の実施形態１による導波路
素子を説明するための図であり、図１（ａ）はその全体
構造を示す斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉ
ｂ線部分の水平断面図、図１（ｃ）及び図１（ｄ）はそ
れぞれ該導波路素子の製造方法を説明するための斜視図
である。

【００６９】図において、１００ａは、内部にＴ字型導
波路部１０１が形成された、本実施形態１の非全反射型
の導波路素子である。この導波路素子１００ａの下側Ｇ
ａＡｓ基板１０１ａの表面には平面Ｔ字型の溝１０２が
形成されており、該基板表面及び該溝内面を被覆するよ
うＡｕ膜１０３が形成されている。また、該導波路素子
１００ａの上側ＧａＡｓ基板１０４の裏面はＡｕ膜１０
５により被覆されている。そして、上記導波路素子１０
０ａは、上記上側ＧａＡｓ基板１０４及び下側ＧａＡｓ
基板１０１ａの、Ａｕ膜が形成されている面を半田によ
り貼り合わせた構造となっている。

【００７０】ここで、上記Ｔ字型導波路部１０１は、空
気からなる光導波層１１０ａを、上記Ａｕ膜１０３及び
１０５の一部からなる光ガイド層１１０ｂで囲んでなる
中空導波路構造となっており、入射光が第１の方向に伝
搬する入射導波路部（第１の導波路部）１１１と、光が
該第１の方向と直交する第２の方向に伝搬する出射導波
路部（第２の導波路部）１１２とから構成されている。
また、該入射導波路部１１１の出射側端部と該出射導波
路部１１２の中間部分とが重なっており、該Ｔ字型導波
路部１０１では、該入射導波路部の入射側端から該両導
波路部の重なり部分１１０ｃに向けて伝搬する光Ｌが該
重なり部分１１０ｃにて分岐され、該分岐された光が該
出射導波路部１１２の両端側１１２ａ，１１２ｂに向け
て伝搬するよう構成されている。

【００７１】ここで、上記各導波路部１１１及び１１２
の基板深さ方向の寸法、及び基板表面と平行な方向（た
だし光の伝搬方向と垂直な方向）の寸法は、それぞれ約
１．６μｍ、光ガイド層１１０ｂの厚さは約１００ｎｍ
となっている。この光ガイド層１１０ｂの厚さは伝搬光
の電界分布が光ガイド層を越えて外部にしみださない程
度でよく、具体的には、約５０から１００ｎｍの厚さが
あれば十分である。

【００７２】次に製造方法について説明する。

【００７３】まず、図１（ｃ）に示すように、ＧａＡｓ
基板１０１ａ上に、通常半導体プロセスで用いられるフ
ォトレジストを塗布してレジスト膜を形成し、該レジス
ト膜を、上記Ｔ字型導波路部１０１に対応した幅１．６
μｍのＴ字型の開口が形成されるようパターニングす
る。また、このパターニング処理は、完成された導波路
素子における各導波路部が＜１１０＞面の方向及び＜０
０１＞面の方向のいずれかに沿ったものとなるよう行
う。

【００７４】続いて、上記パターニングしたレジスト膜
をマスクとして、塩素ガスを用いたＲＩＢＥ（リアクテ
ィブイオンビームエッチング）法により上記ＧａＡｓ基
板１０１ａのエッチング処理を行って、該基板表面に深
さ及び幅が約１．６μｍである溝１０２を形成する。

【００７５】次に、上記レジスト膜を除去した後、真空
蒸着法により上記ＧａＡｓ基板１０１ａの表面にＡｕを
蒸着して、該基板表面及び上記溝内面を覆う、厚さ１０
０ｎｍ程度のＡｕ膜１０３を形成する。

【００７６】一方、図１（ｄ）に示すように、上記Ｇａ
Ａｓ基板１０１ａとは別のＧａＡｓ基板１０４ｂ上に、
上記と同様にしてＡｕを蒸着して、厚さ１００ｎｍのＡ
ｕ膜１０５を形成する。

【００７７】そして、上記ＧａＡｓ基板１０１ａ上に、
上記ＧａＡｓ基板１０４ｂを両基板表面のＡｕ膜１０３
及び１０５が対向するよう重合わせ、両Ａｕ膜の接触部
分をＡｕＳｎ半田材により半田付けし、最後に上記両基
板を劈開法によりチップ状に分割して、図１（ａ）に示
す導波路素子１００ａを得る。

【００７８】次に作用効果について説明する。

【００７９】このような構成の導波路素子１００ａで
は、Ｔ字型導波路部１０１は、光導波層１１０ａが空
気、光ガイド層１１０ｂがＡｕからなる金属クラッド導
波路構造となっているため、全反射型の導波路とは異な
り、伝搬光が外部に電力を放射しながら進むこととな
る。

【００８０】このような非全反射型の導波路構造では、
光導波路と光ガイド層の屈折率差を、光導波層の幅の制
約を受けずに設定可能であるため、上記屈折率差を伝搬
光の伝搬角が大きくなるよう設定することにより、上記
Ｔ字型導波路部１０１での光の分岐を効率良く行うこと
ができるとともに、分岐後の伝搬光の伝搬モードの崩れ
を抑えることができる。しかもこの際、光導波層の幅を
狭くする必要がなく、このため、導波路素子への光の導
入効率を低下させたり、その製造が難しくなったりする
のを回避できる。

【００８１】また、このような非全反射型の導波路で
は、光ガイド層としてＡｕ膜を用いた場合、ＧａＡｓ材
料を光ガイド層に用いた場合に比べて低損失であること
が示されており（谷口昌弘、井筒雅之：電子情報通信学
会春季全国大会Ｎｏ．４２６１頁：１９９４年３月２
６日）、非全反射型の導波路における伝搬効率の向上に
有効となっている。

【００８２】また、このように金属クラッドを用いた場
合、例えば、光導波層の幅が１．６μｍ、伝搬波長が
０．８μｍである時、ＴＥ₀モードに対する伝搬損失は
２ｄＢ／１００μｍ程度となり、本発明を１００μｍ角
程度の大きさの導波路素子に適用することは十分に可能
である。

【００８３】さらに、本導波路素子１００ａにＴＥ₀モ
ードの光を入射した時、分岐部直後の出力光（１）及
び出力光（２）のそれぞれのパワーとしては、光分岐部
直前での入射光パワーの約３７％が観測された。従って
出力光パワーの合計は、入射光パワーの７４％となって
いることになる。この場合、入射光パワーの残りの２６
％を入射導波路への反射や導波路外部への放射によりロ
スしたこととなる。

【００８４】ただし、この実施形態１の導波路素子１０
０ａでは、その出力電界，つまり分岐後の伝搬光の伝搬
モードはいずれも高次モードを含む結果となった。

【００８５】このように本実施形態１では、光分岐後の
伝搬光は若干マルチモード化したものとなるが、小型で
高効率な光分岐導波路素子を得ることができた。

【００８６】（実施形態２）図２は本発明の実施形態２
による導波路素子を説明するための図であり、図２
（ａ）はその全体構造を示す斜視図、図２（ｂ）は図２
（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂ線部分の水平断面図、図２
（ｃ）は該導波路素子の製造方法を説明するための斜視
図である。

【００８７】図において、１００ｂは、内部にＴ字型導
波路部１２０が形成された、本実施形態２の非全反射型
の導波路素子である。この導波路素子１００ｂのＧａＡ
ｓ基板１０１ｂの表面上には、平面略Ｔ字型の溝１０２
ｂが形成されるよう、選択的にＡｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ層１
０６が形成されている。また上記ＡｌＧａＡｓ層１０６
の表面及び上記溝１０２ｂの内面は、Ａｕ膜１０３によ
り覆われており、上記ＡｌＧａＡｓ層１０６の溝１０２
ｂ内にはポリイミド層１０８が埋め込まれている。

【００８８】そして、該Ａｕ膜１０３及びポリイミド層
１０８の表面は、Ａｕ膜１０５により被覆されており、
さらに該Ａｕ膜１０５の表面には、保護膜１０９が形成
されている。

【００８９】ここで、上記Ｔ字型導波路部１２０は、上
記ポリイミド層からなる光導波層１２０ａを、上記Ａｕ
膜１０３及び１０５の一部からなる光ガイド層１２０ｂ
で囲んでなる導波路構造となっており、入射光が第１の
方向に伝搬する入射導波路部（第１の導波路部）１２１
と、光が該第１の方向と直交する第２の方向に伝搬する
出射導波路部（第２の導波路部）１２２とから構成され
ている。また、該入射導波路部１２１の出射側端部と該
出射導波路部１２２の中間部分とが重なっており、該Ｔ
字型導波路部１２０では、該入射導波路部の入射側側か
ら該両導波路部の重なり部分１２０ｃに向けて伝搬する
光が該重なり部分１２０ｃにて分岐され、該分岐された
光が該出射導波路部１２２の両端側に向けて伝搬するよ
う構成されている。

【００９０】また、本実施形態２の導波路素子１００ｂ
では、入力導波路部１２１と出力導波路１２２の重なり
部１２０ｃ及びその近傍部分に、出力導波路部１２２と
中心が同一である光フィルター１２５が形成されてい
る。この光フィルター１２５は、入力導波路部１２１を
伝搬する０次モード光が、出力側導波路で高次モードと
なるのを抑制するために設けられている。

【００９１】ここで、上記各導波路部１２１，１２２及
び光フィルター１２５における基板深さ方向の寸法は、
いずれも１．０μｍになるようにした。またその幅は図
２（ｂ）に示すように、各導波路部では２λ、光フィル
ター１２５では１λとした。但し、λは導波路内の伝搬
光の波長で、この例では、以下に示されるように０．５
μｍである。さらに、上記光フィルター１２５の幅（入
射導波路部での伝搬方向における寸法）を１λ、その長
さ（出射導波路部での伝搬方向における寸法）を５λと
した。

【００９２】次に製造方法について説明する。まず、図
２（ｃ）に示すように、ＧａＡｓ基板１０１ｂ上に、Ｍ
ＯＣＶＤ法にてＡｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ層１０６を１．０μ
ｍ堆積する。さらに、その表面をフォトレジスト膜１０
７によりコーティングした後、通常の光学マスクを用い
て、該レジスト膜１０７の露光、現像を行って、レジス
ト膜１０７のパターニングを行う。このレジスト膜のパ
ターニングは、後工程で作製される入射側導波路部及び
出射側導波路部における光の伝搬方向が、上記ＧａＡｓ
基板の＜１００＞面または＜０１０＞面の方向に沿った
ものとなるように行う。

【００９３】次にレジスト膜１０７をマスクとして、フ
ッ酸系のエッチング液を用いてＡｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ層１
０６を選択的にエッチングする。この時エッチング処理
はＧａＡｓ基板の表面が露出した時点で、自動的に停止
し、該エッチング処理により形成された溝１０２ｂの深
さは１．０μｍとなる。

【００９４】その後、上記実施形態１と同様に、該Ａｌ
ＧａＡｓ層１０６の表面及び上記溝１０２ｂの内面にＡ
ｕ膜１０３を５０ｎｍ程度の厚さに蒸着する。

【００９５】さらに、上記ＡｌＧａＡｓ層１０６の開口
部分に形成されている溝１０２ｂ内に、屈折率が１．６
のポリイミド層１０８を埋込み、該ＡｌＧａＡｓ層１０
６の表面の平坦化を行った後、Ａｕ膜１０５を約５０ｎ
ｍ蒸着し、さらに該Ａｕ膜１０５の表面をレジスト材等
の塗布によりコーティングして保護層１０９を形成す
る。

【００９６】そして、最後に、ダイシングによる素子の
切り出しを行って上記導波路素子１００ｂを得る。

【００９７】次に作用効果について説明する。

【００９８】このような構成の実施形態２の導波路素子
１００ｂでは、上記実施形態１の効果に加えて以下の効
果がある。

【００９９】すなわち、この実施形態２では、光導波層
として屈折率が１より大きな材料を用いることにより、
Ａｕ薄膜と光導波層との界面での反射率がわずかながら
向上し、洩れ波を少なくし導波損失を１ｄＢ／１００μ
ｍ程度に低減できる。なお、このような構成による反射
率の向上については、先行技術文献（谷口昌弘、井筒雅
之：電子情報通信学会秋季全国大会Ｃ−２１９２２０
頁：１９９４年３月２６日）に記載されている。

【０１００】本実施形態２の導波路素子１００ｂは、真
空中での波長０．８μｍの光の分岐を行う光回路として
機能する。ここでは導波路中の伝搬波長λは０．５μｍ
である。

【０１０１】また、本実施形態２の導波路素子１００ｂ
は、光フィルター１２５を備えているので、この光フィ
ルター１２５により、入射導波路部１２１から入射した
ＴＥ₀モード光は、出射導波路部１２２でマルチモード
とならず、ＴＥ₀モードを保ちながら伝搬する。また、
分岐部直前の伝搬光パワーの３４％が出射導波路部１２
２へそれぞれ結合することが確認できた。このように本
実施形態２では、光フィルター１２５の導入により、光
通信等で必要となるシングルモードでの光分岐が可能な
導波路素子１００ｂを実現することができた。

【０１０２】さらに、図２（ｂ）に示すように、本実施
形態２の導波路素子１００ｂでは、光導波層１２０ａと
光ガイド層１２０ｂとの界面は、入射光の進行方向に対
して０度または９０度の角度をなす面のみからなってお
り、光学マスクの作製精度を充分に確保でき、きわめて
分岐の制御性の良い光導波路を形成できる。つまり、光
学マスクの露光パターンは微細な正方形の配列により形
成されるものであるため、光導波層１２０ａと光ガイド
層１２０ｂとの界面が、光の伝搬方向に対して０度また
は９０度の角度をなす面のみから構成されている場合、
光学マスクの露光パターンは微細な正方形の縦横の辺に
完全に一致したものとなり、光学マスクの作製精度を充
分に確保できるわけである。

【０１０３】さらに、本実施形態２の導波路素子は、入
射導波路部１２１、出射導波路部１２２、及び光フィル
ター１２５における上記界面が、ＧａＡｓ基板の＜１０
０＞面の方向及び＜０１０＞面の方向のいずれかに沿う
ようにして作製されているので、結晶のエッチング速度
の面方位依存性、つまりエッチングされる面が＜１００
＞面または＜０１０＞面となるというエッチング選択性
を利用して、エッチング除去部分の側壁の垂直性の良い
エッチングが可能となった。

【０１０４】また、本実施形態２の導波路部の構造で
は、ＡｌＧａＡｓ層のエッチングにより形成される、基
板表面に対して垂直な複数の面は、それぞれの間で平行
または垂直な関係となっているため、ドライエッチング
プロセスを必要としない導波路素子を得ることができ
る。

【０１０５】なお、本実施形態２のようにＧａＡｓ半導
体材料を基板に用いる場合は、導波路部は、＜０１１＞
面の方向と＜０１１＞面の方向に沿うようにして作製し
ても同様の効果が得られる。

【０１０６】（実施形態３）図３は本発明の実施形態３
による導波路素子を説明するための図であり、図３
（ａ）は光導波層と光ガイド層との界面のパターンを模
式的に示している。

【０１０７】図において、１００ｃは、内部にＴ字型導
波路部が形成された、本実施形態３の非全反射型の導波
路素子であり、この導波路素子１００ｃでは、導波路の
構造は、実施形態１の導波路素子と同様、空気からなる
光導波層１１０ａと、これを囲むよう形成された厚さ約
１００ｎｍのＡｕからなる光ガイド層１１０ｂとから構
成されている。

【０１０８】また、入射導波路部１１１と出射導波路部
１１２との重なり部１１０ｃには、上記実施形態２と同
様に光フィルター１２５が形成されており、さらに該重
なり部１１０ｃは、出力導波路部１１２における光の伝
搬方向に沿った側面に該出力導波路部内に迫り出すよう
形成された、該重なり部１１０ｃへ入射する伝搬光の出
力導波路部への反射を促進する光反射促進部１３６を有
している。そしてその他の構成は実施形態１の導波路素
子１００ａと同一となっている。

【０１０９】ここで、上記入射導波路部１１１及び出射
導波路部１１２の幅は、１．６μｍ（２λ）、光フィル
ター１２５の幅は０．８μｍ（λ）であり、上記光反射
促進部１３６の厚さは０．３２μｍ（０．４λ）、その
幅は０．５６μｍ（０．７λ）である。さらに、上記各
導波路部１１１，１１２、光フィルター１２５，及び光
反射促進部１３６は、いずれもその深さ（紙面垂直方向
の厚み）が１．６μｍ（２λ）となっている。

【０１１０】また、上記λは導波路中の伝搬波長であ
り、この例では伝搬光として波長が０．８μｍのものを
使用した。また、光反射促進部１３６の幅とは出力導波
路部１１２での光の伝搬方向における寸法、その厚みと
は入力導波路部１１１での光の伝搬方向における寸法で
ある。

【０１１１】なお、本実施形態３の導波路素子の製造方
法は、上記実施形態１のものとは、溝１０２ｂを形成す
るためのマスクパターンが異なるのみでその他は同一で
ある。このため、ここでは製造方法の説明を省略する。

【０１１２】次に作用効果について説明する。

【０１１３】本実施形態３では、厚さ０．４λ、幅０．
７λの光反射促進部１３６を入射導波路部１１１と出射
導波路部１１２との重なり部１１０ｃに設けたことによ
り、分岐／入力パワー比（分岐後の伝搬光のパワーに対
する分岐前の伝搬光のパワーの比率）を実施形態１での
７４％から８０％にまで向上することが出来た。

【０１１４】図３（ｂ）は、光反射促進部の厚さを最適
値に固定し、光反射促進部の幅を変化させたときの分岐
／入力パワー比の変化を示し、図３（ｃ）は、光反射促
進部の幅を最適値に固定し、光反射促進部の厚さを変化
させたときの分岐／入力パワー比の変化を示している。
この図から、光反射促進部の幅及び厚さとしては、本実
施形態３で採用した幅０．７λ、厚さ０．４λ付近の値
が最適であることが分かる。

【０１１５】また、上記分岐／入力パワー比として、設
計上の最大値からその９０％の値までの範囲を許容する
ならば、光反射促進部の幅寸法としては０．３λ〜１．
０λの範囲の値を、その厚さ寸法については、０．１５
λ〜０．５５λの範囲の値を取ることができる。

【０１１６】このように本実施形態３では、上記実施形
態１の効果に加えて以下の効果がある。つまり、光分岐
部１１０ｃに光フィルター１２５を備えているので、分
岐後の伝搬光のマルチモード化を回避することができ
る。また、光分岐部１１０ｃに光反射促進部１３６を設
けているので、入射導波路部１１１から出射導波路部１
１２への光の反射が促進されて、分岐／入力パワー比を
向上させることができる。

【０１１７】（実施形態４）図４は本発明の実施形態４
による導波路素子を説明するための図であり、図４
（ａ）は光導波層と光ガイド層との界面のパターンを模
式的に示している。

【０１１８】図において、１００ｄは、内部にＴ字型導
波路部が形成された、本実施形態４の非全反射型の導波
路素子であり、この導波路素子１００ｄでは、導波路の
構造は、実施形態３の導波路素子と同様、空気からなる
光導波層１１０ａと、これを囲むよう形成された厚さ約
１００ｎｍのＡｕからなる光ガイド層１１０ｂとから構
成されている。

【０１１９】そして、この実施形態４の導波路素子１０
０ｄでは、入射導波路部１１１と出射導波路部１１２と
の重なり部１１０ｃ及びその近傍に跨がって光戻り防止
フィルター１４７が形成されている。その他の構成は、
上記実施形態３の導波路素子１００ｃと同一となってい
る。

【０１２０】ここで、光フィルター１２５については、
上記実施形態３と同様、その幅がλ、その長さ５λとな
っており、光反射促進部１３６についても、その幅が
０．７λ、その厚さが０．４λとなっている。そして、
上記光戻り防止フィルター１４７は、その幅が１．２
λ、その厚さが０．５λとなっている。なお、上記各導
波路部１１１，１１２、光フィルター１２５，光反射促
進部１３６及び光戻り防止フィルター１４７は、いずれ
もその深さ（紙面垂直方向の厚み）が１．６μｍ（２
λ）となっている。また、光戻り防止フィルター１４７
の幅とは入力導波路部での光の伝搬方向における寸法、
その厚みとは出力導波路部での光の伝搬方向における寸
法である。

【０１２１】なお、本実施形態４の導波路素子の製造方
法は、上記実施形態１のものとは、光導波層をパターニ
ングするためのマスクパターンが異なるのみでその他は
同一である。このため、ここでは製造方法の説明を省略
する。

【０１２２】次に作用効果について説明する。

【０１２３】本件発明者はこの光戻り防止フィルター１
４７の幅及び厚さについてその値を変えて、分岐／入力
パワー比を測定することにより、最適な値を得た。

【０１２４】図４（ｂ）は、光戻り防止フィルターの厚
さを最適値に固定し、その幅を変化させたときの分岐／
入力パワー比を測定した結果を示し、図４（ｃ）は光戻
り防止フィルターの幅を最適値に固定し、その厚さを変
化させたときの分岐／入力パワー比を測定した結果を示
している。

【０１２５】なお、光戻り防止フィルターの厚さは負の
値を取るほうが良い可能性もあり、このため光戻り防止
フィルターとして、入射導波路部の、上記重なり部１０
０ｃ及びその近傍における側面部を内側に迫り出した構
造としたものも試作して、その特性の評価を行った。

【０１２６】図４（ｂ）及び図４（ｃ）から、上記光戻
り防止フィルター１４７の幅１．２λ、厚さ０．５λと
することにより、分岐／入力パワー比をほぼ１にするこ
とができた。

【０１２７】また、上記分岐／入力パワー比として、設
計上の最大値からその９０％の値までの範囲を許容する
ならば、光戻り防止フィルターの幅寸法としては１．０
５λ〜１．４５λの範囲の値を、その厚さ寸法について
は０．４λ〜０．７λの範囲の値を取ることができる。

【０１２８】このように本実施形態４では、上記実施形
態３の効果に加えて以下の効果がある。つまり、光戻り
防止フィルター１４７を設けたことにより分岐／入力パ
ワー比がほぼ１となり、極めて高効率な光分岐導波路素
子を得ることができた。

【０１２９】さらに、本実施形態４では、入力導波路部
１１１への戻り光がほとんど存在せず、例えば、入力導
波路部１１１に半導体レーザより光を入射した場合、半
導体レーザへの戻り光がなく、分岐した伝搬光として安
定した出力光が得られる。

【０１３０】なお、上記各実施形態１〜４では、導波路
素子の各部のサイズは、導波路中の伝搬波長λを単位に
設定されており、従って、使用波長が変化した場合にも
その特性は変化しないことは言うまでもない。

【０１３１】（実施形態５）図５は本発明の実施形態５
による導波路素子を説明するための図であり、光導波層
と光ガイド層との界面のパターンを模式的に示してい
る。

【０１３２】図において、１００ｅは、内部にＬ字型導
波路部が形成された、本実施形態５の非全反射型の光変
向導波路素子であり、一般の光回路では、全反射ミラー
として使用されるものである。

【０１３３】この導波路素子１００ｅの導波路は、実施
形態１の導波路素子と同様、空気からなる光導波層１１
０ａと、これを囲むよう形成された厚さ約１００ｎｍの
Ａｕからなる光ガイド層１１０ｂとから構成されてい
る。

【０１３４】また、上記Ｌ字型光導波路部は、光が第１
の方向に伝搬する入射導波路部（第１の導波路部）１５
１と、光が該第１の方向と直交する第２の方向に伝搬す
る出射導波路部（第２の導波路部）１５２とからなり、
該入射導波路部の一端部と該出射導波路部の一端部とが
重なっている。

【０１３５】この導波路素子１００ｅでは、該入力導波
路部１５１の入射端側から該両導波路部の重なり部分１
５０ｃに向けて伝搬する光が、該重なり部分にて変向さ
れて該出射導波路部１５２の出射側に向けて伝搬するよ
う構成されている。

【０１３６】そして、この導波路素子１００ｅでは、上
記出射導波路部１５２は、これと入射導波路部１５１と
の重なり部分１５０ｃ及びその近傍部分が、その他の部
分より狭い光フィルター部１５５となっており、該光フ
ィルター部にて、該入射導波路部から該出射導波路部へ
伝搬する伝搬光の高次モード化を抑制する構成となって
いる。

【０１３７】また、上記重なり部分１５０ｃは、出射導
波路部１５２における光の伝搬方向に沿った側部に該出
射導波路部１５２内に迫り出すよう形成された、該重な
り部分へ入射する伝搬光の出射導波路部１５２への反射
を促進する光反射促進部１５６を含む構造となってい
る。

【０１３８】さらに、上記入射導波路部１５１は、上記
重なり部分１５０ｃの近傍部分に光戻り防止フィルター
１５７を有し、該光戻り防止フィルター１５７では、該
入射導波路部のその他の部分とは、光伝搬方向と垂直方
向における寸法が異なっており、該光戻り防止フィルタ
ー部１５７にて、該入射導波路部から該出射導波路部へ
伝搬する伝搬光が該重なり部分での反射により該出射導
波路部側に戻るのを抑制する構成となっている。

【０１３９】ここで、上記光フィルター１５５の幅は
λ、その長さは３．５λであり、上記光反射促進部１５
６の幅（紙面左右方向の寸法）は０．９λ、その厚さ
（紙面上下方向の寸法）は０．９λであり、さらに上記
光戻り防止フィルター１５７の幅は２λ、その厚さは
０．５λである。なお、上記各導波路部１５１，１５
２、光フィルター１５５，光反射促進部１５６及び光戻
り防止フィルター１５７は、いずれもその深さ（紙面垂
直方向の厚み）が２λとなっている。

【０１４０】本実施形態の導波路素子についても各部の
寸法は、導波路内の伝搬波長λを単位として設定されて
おり、使用波長が変化した場合、それに応じて導波路サ
イズを変化させれば最適の光変向導波路素子が実現でき
ることは言うまでもない。

【０１４１】なお、本実施形態５の導波路素子の製造方
法は、上記実施形態１のものとは、光導波層をパターニ
ングするためのマスクパターンが異なるのみでその他は
同一である。このため、ここでは製造方法の説明を省略
する。

【０１４２】次に作用効果について説明する。

【０１４３】本件発明者は上記光反射促進部１５６及び
光戻り防止フィルター１５７の幅及び厚さについてその
値を変えて、導波路素子を作製し、その出力光パワー／
入力光パワー比の測定を行った。

【０１４４】図６（ａ）は、光反射促進部１５６の厚さ
を最適値に固定し、その幅を変化させた時の導波路素子
１００ｅについての出力光パワー／入力光パワー比の変
化を示す。また、図６（ｂ）は、光反射促進部の幅を最
適値に固定し、その厚さを変化させた時の導波路素子１
００ｅについての出力光パワー／入力光パワーの比の変
化を示す。

【０１４５】これらの図より明らかな様に、光反射促進
部１５６の幅は伝搬波長の０．８〜１．０５倍、その厚
さは伝搬波長の０．８５〜１．０５倍とすることによ
り、出力／入力パワー比を、最大値の９０％以上にする
ことができる。

【０１４６】図６（ｃ）は、光戻り防止フィルター部の
厚さを最適値に固定し、その幅を変化させた時の導波路
素子１００ｅについての出力光パワー／入力光パワーの
比の変化を示す。また図６（ｄ）は、光戻り防止フィル
ター部の幅を最適値に固定し、その厚さを変化させた時
の導波路素子１００ｅについての出力光パワー／入力光
パワーの比の変化を示す。これらの図から明らかなよう
に、光戻り防止フィルター１５７については、その幅を
伝搬波長の１．３５〜２．２倍、厚さを伝搬波長の０．
３〜０．５５倍とすることにより、出力光パワー／入力
パワーの比を最大値の９０％以上に保つことができる。

【０１４７】本実施形態５では、上記図６（ａ）〜図６
（ｄ）の測定結果から最適寸法を設定することにより、
出射導波路部１５２を伝搬する光のパワーがほぼ入力光
パワーと同程度であり、ほとんどエネルギー損失の無い
光変向導波路素子１００ｅを得ることができた。

【０１４８】なお、上記各実施形態１〜５では、光導波
路の構造を、光吸収のない光導波層を、金属ガイド層に
より囲んだ構造とした導波路素子について示したが、光
導波路の構造は、光ガイド層として金属層を用いない構
造、つまり光が伝搬する光導波層と、該光導波層を取り
囲む光ガイド層とからなり、該光導波層の屈折率が該光
ガイド層の屈折率より小さい洩れ波導波路構造としても
よく、この場合も上記実施形態１〜５と同様な効果が得
られる。

【０１４９】ただし、光の伝搬効率は、光ガイド層とし
て金属ガイド層を用いる導波路構造の方が、屈折率の小
さい光導波層を、これより屈折率の大きい光ガイド層に
より囲んだ構造に比べて若干良好なものとなっている。

【０１５０】（実施形態６）本発明の実施形態６とし
て、光導波層の屈折率が光ガイド層の屈折率より小さい
洩れ波導波路構造を有する導波路素子について説明す
る。

【０１５１】図１１は本発明の実施形態６による導波路
素子を説明するための図であり、図１１（ａ）はその全
体構造を示す斜視図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＸ
Ｉｂ−ＸＩｂ線部分の水平断面図である。

【０１５２】図において、１００ｆは、内部にＴ字型導
波路部１６０が形成された、本実施形態６の洩れ波導波
路構造の導波路素子である。この導波路素子１００ｆの
半導体基板１６０ａの表面には平面Ｔ字型の溝１０２ｆ
が形成されており、各溝１０２ｆ内には、各基板の構成
材料より屈折率の小さい半導体層１６４が埋め込まれて
いる。そして、各基板１６０ａの表面及び溝内の半導体
材料の表面上には、全面に、基板１６０ａと同一の屈折
率を有する半導体層１６３が形成されている。

【０１５３】ここで、上記Ｔ字型導波路部１６０は、上
記溝１０２ｆ内の半導体層１６４からなる光導波層１６
０ｂと、その周囲に位置する基板部材及びその上の半導
体層１６３の一部からなる光ガイド層とからなる洩れ波
導波路構造となっており、入射光が第１の方向に伝搬す
る入射導波路部（第１の導波路部）１６１と、光が該第
１の方向と直交する第２の方向に伝搬する出射導波路部
（第２の導波路部）１６２とから構成されている。ま
た、該入射導波路部１６１の出射側端部と該出射導波路
部１６２の中間部分とが重なっており、該Ｔ字型導波路
部１６０では、該入射導波路部の入射側端から該両導波
路部の重なり部分１６０ｃに向けて伝搬する光が該重な
り部分１６０ｃにて分岐され、該分岐された光が該出射
導波路部１６２の両端側に向けて伝搬するよう構成され
ている。

【０１５４】ここで、上記半導体基板１６０ａ、溝内の
半導体層１６４、及び基板上の半導体層１６３の構成材
料は、その屈折率が上記のように洩れ波導波路を構成す
るのに適するものであって、半導体製造プロセスにて形
成可能なものであればどのようなものでもよい。

【０１５５】なお、このような構造の導波路素子は、半
導体基板１６０ａを選択的にエッチングして溝１０２ｆ
を形成した後、溝１０２ｆ内に埋め込まれるべき半導体
材料を十分な厚さに堆積し、基板表面の余分な該半導体
材料を除去し、その後半導体層１６３を成長するといっ
たプロセスにより、作製することができる。

【０１５６】このような構成の実施形態６においても上
記実施形態１と同様の効果が得られる。但し、この場
合、上述したように、光吸収のない光導波層を、金属ガ
イド層により囲んだ構造とした実施形態１の導波路素子
と比べると、伝搬光の光導波層の外部への洩れが若干大
きく、光の伝搬効率はやや劣る。

【０１５７】なお、上記実施形態６では上記実施形態１
の導波路素子に対応する洩れ波導波路構造の導波路素子
を示したが、上記実施形態６の洩れ波導波路構造の導波
路素子において、実施形態２〜４に示す導波路素子のよ
うに、光フィルター，光反射促進部，光戻り防止フィル
ターの所要のものを設けても良く、さらに、上記実施形
態６の洩れ波導波路構造の導波路素子において、そのＴ
字型光導波路部に代えて、実施形態５に示すＬ字型光導
波路部を設けて、洩れ波導波路構造の光分岐導波路素子
を実現してもよい。このような光フィルター，光反射促
進部，光戻り防止フィルターの所要のものを備えた洩れ
波導波路構造の導波路素子においても、各部の寸法を、
上記実施形態２〜５に示す寸法に設定することにより、
上記実施形態２〜５の導波路素子と同様の効果が期待で
きる。

【０１５８】

【発明の効果】以上のようにこの発明（請求項１）に係
る導波路素子によれば、伝搬光の伝搬角を規定する、光
導波層と光ガイド層の屈折率差を、光導波層の幅とは独
立して設定可能な３次元の洩れ波導波構造の光導波路を
実現でき、しかも伝搬光の分岐をＴ字型導波路部にて効
率よく、しかも分岐後の伝搬光の伝搬モードの崩れを抑
えつつ行うことができる。また、この場合、分岐効率の
低下や伝搬モードの崩れ抑制のために、光導波層の幅を
狭める必要はなく、このため光導入効率の低下を招いた
り、光導波路の作製プロセスが困難となることはない。

【０１５９】この発明（請求項２）に係る導波路素子に
よれば、上記請求項１の効果に加えて、導波路部におけ
る伝搬効率を向上することができる。

【０１６０】この発明（請求項３）に係る導波路素子に
よれば、伝搬光の伝搬角を規定する、光導波層と光ガイ
ド層の屈折率差を、光導波層の幅とは独立して設定可能
な洩れ波導波構造の３次元的な光導波路を実現でき、し
かも伝搬光の変向をＬ字型導波路部にて効率よく、しか
も変向後の伝搬光の伝搬モードの崩れを抑えつつ行うこ
とができる。また、この場合、変向効率の低下や伝搬モ
ードの崩れ抑制のために、光導波層の幅を狭める必要は
なく、このため光導入効率の低下を招いたり、光導波路
の作製プロセスが困難となることはない。

【０１６１】この発明（請求項４）に係る導波路素子に
よれば、上記請求項３の効果に加えて、導波路部におけ
る伝搬効率を向上することができる。

【０１６２】この発明（請求項５）によれば、請求項１
ないし４のいずれかに記載の導波路素子において、光フ
ィルター部により、第１の導波路部から第２の導波路部
へ伝搬する伝搬光の高次モード化を抑制して、伝搬光の
分岐あるいは変向後の伝搬光の伝搬効率を向上できる。

【０１６３】この発明（請求項６）によれば、請求項１
ないし４のいずれかに記載の導波路素子において、光反
射促進部により、第１の導波路部から第２の導波路部へ
の伝搬光の反射を促進して、伝搬光の分岐効率あるいは
変向効率を向上することができる。

【０１６４】この発明（請求項７）によれば、請求項１
ないし４のいずれかに記載の導波路素子において、光戻
り防止フィルター部により、第１の導波路部から第２の
導波路部へ伝搬する伝搬光が該重なり部分での反射によ
り該第１の導波路部側に戻るのを抑制して、伝搬光の分
岐効率あるいは変向効率を向上することができる。

【０１６５】この発明（請求項８）によれば、請求項５
記載の導波路素子において、前記光フィルター部では、
前記第２の導波路部での光伝搬方向と垂直な平面内での
所定方向の寸法を、前記光導波路を伝搬する光の波長以
下とすることにより、簡単な構造により分岐あるいは変
向後の伝搬光の伝搬モードの崩れを抑制するフィルター
を実現できる。

【０１６６】この発明（請求項９）によれば、請求項１
ないし４のいずれかに記載の導波路素子において、前記
光導波層及び光ガイド層を、半導体材料からなる基板上
に形成することにより、半導体製造プロセスにて、上記
光分岐あるいは光変向機能を有する導波路素子を作製可
能となる。

【０１６７】この発明（請求項１０）によれば、請求項
５記載の導波路素子において、前記光導波層及び光ガイ
ド層を、半導体材料からなる基板上に形成し、前記光フ
ィルター部を、前記第２の導波路部での光の伝搬方向と
平行でかつ該基板の表面に垂直な平面上に形成すること
により、半導体製造プロセスにて導波路素子を作製する
場合、基板材料の面方位に依存した選択エッチングによ
り光フィルター部を簡単に形成できる。

【０１６８】この発明（請求項１１）によれば、請求項
６記載の導波路素子において、前記光導波層及び光ガイ
ド層を、半導体材料からなる基板上に形成し、前記光反
射促進部を、前記第２の導波路部での光の伝搬方向と平
行でかつ該基板の表面に垂直な平面上に形成することに
より、半導体製造プロセスにて導波路素子を作製する場
合、基板材料の面方位に依存した選択エッチングにより
光反射促進部を簡単に形成できる。

【０１６９】この発明（請求項１２）によれば、請求項
７記載の導波路素子において、前記光導波層及び光ガイ
ド層を、半導体材料からなる基板上に形成し、前記光戻
り防止フィルター部を、前記第１の導波路部での光の伝
搬方向と平行でかつ該基板の表面に垂直な平面上に形成
することにより、半導体製造プロセスにて導波路素子を
作製する場合、基板材料の面方位に依存した選択エッチ
ングにより光戻り防止フィルター部を簡単に形成でき
る。

【０１７０】この発明（請求項１３）によれば、請求項
１または２記載の導波路素子において、光反射促進部
を、第２の導波路部での光の伝搬方向における寸法が伝
搬光の波長の０．３〜１．０倍となり、第１の導波路部
での光の伝搬方向における寸法が該伝搬光の波長の０．
１５〜０．５５倍となるよう構成することにより、光反
射促進部での伝搬光の第２の導波路部側への反射効率
を、最大値の９０％以上とできる。

【０１７１】この発明（請求項１４）によれば、請求項
３または４記載の導波路素子において、光反射促進部
を、第２の導波路部での光の伝搬方向における寸法が伝
搬光の波長の０．８〜１．０５倍となり、第１の導波路
部での光の伝搬方向における寸法が該伝搬光の波長の
０．８５〜１．０５倍となるよう構成することにより、
光反射促進部での伝搬光の第２の導波路部側への反射効
率を、最大値の９０％以上とできる。

【０１７２】この発明（請求項１５）によれば、請求項
１または２記載の導波路素子において、光戻り防止フィ
ルター部を、第１の導波路部での光の伝搬方向における
寸法が該伝搬光の波長の１．０５〜１．４５倍となり、
第２の導波路部での光の伝搬方向における寸法が該伝搬
光の波長の０．４〜０．７倍となるよう構成することに
より、伝搬光の第２の導波路部側への反射効率を、最大
値の９０％以上とできる。

【０１７３】この発明（請求項１６）によれば、請求項
３または４記載の導波路素子において、光戻り防止フィ
ルター部を、第１の導波路部での光の伝搬方向における
寸法が該伝搬光の波長の１．３５〜２．２倍となり、第
２の導波路部での光の伝搬方向における寸法が該伝搬光
の波長の０．３〜０．５倍となるよう構成することによ
り、変向後の伝搬光のパワーを、変向前の伝搬光のパワ
ーの９０％以上とすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１による導波路素子を説明す
るための図であり、図１（ａ）はその全体構造を示す斜
視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線部分の水
平断面図、図１（ｃ）及び図１（ｄ）はそれぞれ該導波
路素子の製造方法を説明するための斜視図である。

【図２】本発明の実施形態２による導波路素子を説明す
るための図であり、図２（ａ）はその全体構造を示す斜
視図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂ線部分
の水平断面図、図２（ｃ）は該導波路素子の製造方法を
説明するための斜視図である。

【図３】本発明の実施形態３による導波路素子を説明す
るための図であり、図３（ａ）は光導波層と光ガイド層
との界面のパターンを模式的に示し、図３（ｂ）は、光
反射促進部の幅を変化させたときの分岐／入力パワー比
の変化を示し、図３（ｃ）は、光反射促進部の厚さを変
化させたときの分岐／入力パワー比の変化を示してい
る。

【図４】本発明の実施形態４による導波路素子を説明す
るための図であり、図４（ａ）は光導波層と光ガイド層
との界面のパターンを模式的に示し、図４（ｂ）は、光
戻り防止フィルターの幅を変化させたときの分岐／入力
パワー比を測定した結果を示し、図４（ｃ）は光戻り防
止フィルターの厚さを変化させたときの分岐／入力パワ
ー比を測定した結果を示している。

【図５】本発明の実施形態５による導波路素子を説明す
るための図であり、光導波層と光ガイド層との界面のパ
ターンを模式的に示している。

【図６】本実施形態５の導波路素子についての特性を説
明するための図であり、図６（ａ）及び（ｂ）は、光反
射促進部の幅及び厚さを変化させた時の導波路素子１０
０ｅについての出力光パワー／入力光パワー比の変化を
示し、図６（ｃ）及び（ｄ）は、光戻り防止フィルター
部の幅及び厚さを変化させた時の導波路素子１００ｅに
ついての出力光パワー／入力光パワーの比の変化を示し
ている。

【図７】従来の全反射型の光導波路の構成を模式的に示
す図であり、図７（ａ）は光導波層の幅が広いもの、図
７（ｂ）は光導波層の幅が狭いものを示している。

【図８】従来の光分岐機能を有する全反射型の光導波路
の構成を模式的に示す図であり、図８（ａ）は光導波層
の幅が広いもの、図８（ｂ）は光導波層の幅が狭いもの
を示している。

【図９】その他の従来の光分岐機能を有する全反射型の
光導波路の構成を説明するための図であり、図９（ａ）
は、第１及び第２の光導波部の重なり部にノッチ部を有
するものの構成を示し、図９（ｂ）は、第１及び第２の
光導波部の重なり部を、緩やかな曲率で湾曲した構造と
したものを示している。

【図１０】全反射型の光導波路の導波原理とは異なる導
波原理を採用した２次元導波路の構造を示している。

【図１１】本発明の実施形態６による導波路素子を説明
するための図であり、図１１（ａ）はその全体構造を示
す斜視図、図１１（ｂ）はそのＸＩｂ−ＸＩｂ線部分の
水平断面図である。

【符号の説明】

１０１，１２０Ｔ字型導波路部１０１ａ，１０１ｂＧａＡｓ基板１０２，１０２ｂ，１０２ｆ溝１０３、１０５Ａｕ膜１０６ＡｌＧａＡｓ層１０８ポリイミド層１０９保護層１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ，
１００ｆ導波路素子１１０ａ，１２０ａ，１６０ｂ光導波層１１０ｂ，１２０ｂＡｕ光ガイド層１１０ｃ，１２０ｃ，１５０ｃ，１６０ｃ重なり部１１１，１２１，１５１，１６１入射導波路部１１２，１２２，１５２，１６２出力導波路部１２５，１５５光フィルター１３６，１５６光反射促進部１４７，１５７光戻り防止フィルター部１６０ａ半導体基板１６０ｂ光導波層１６３，１６４半導体層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光が伝搬する光導波層と、該光導波層を
取り囲む光ガイド層とからなり、該光導波層の屈折率が
該光ガイド層の屈折率より小さい洩れ波導波路構造の光
導波路を備えた導波路素子であって、該光導波路は、光が第１の方向に伝搬する第１の導波路
部と、光が該第１の方向と直交する第２の方向に伝搬す
る第２の導波路部とからなる、該第１の導波路部の一端
と該第２の導波路部の中間部分とが重なったＴ字型導波
路部を有し、該Ｔ字型導波路部では、該第１の導波路部
の他端側から該両導波路部の重なり部分に向けて伝搬す
る光が該重なり部分にて分岐され、該分岐された光が該
第２の導波路部の両端側に向けて伝搬するよう構成され
ている導波路素子。
【請求項２】光が伝搬する光吸収のない光導波層と、
該光導波層を取り囲む、金属からなる光ガイド層とから
構成された光導波路を備えた導波路素子であって、該光導波路は、光が第１の方向に伝搬する第１の導波路
部と、光が該第１の方向と直交する第２の方向に伝搬す
る第２の導波路部とからなる、該第１の導波路部の一端
と該第２の導波路部の中間部分とが重なったＴ字型導波
路部を有し、該Ｔ字型導波路部では、該第１の導波路部
の他端側から該両導波路部の重なり部分に向けて伝搬す
る光が該重なり部分にて分岐され、該分岐された光が該
第２の導波路部の両端側に向けて伝搬するよう構成され
ている導波路素子。
【請求項３】光が伝搬する光導波層と、該光導波層を
取り囲む光ガイド層とからなり、該光導波層の屈折率が
該光ガイド層の屈折率より小さい洩れ波導波路構造の光
導波路を備えた導波路素子であって、該光導波路は、光が第１の方向に伝搬する第１の導波路
部と、光が該第１の方向と直交する第２の方向に伝搬す
る第２の導波路部とからなる、該第１の導波路部の一端
部と該第２の導波路部の一端部とが重なったＬ字型導波
路部を有し、該Ｌ字型導波路部では、該第１の導波路部
の他端側から該両導波路部の重なり部分に向けて伝搬す
る光が、該重なり部分にて変向されて該第２の導波路部
の他端側に向けて伝搬するよう構成されている導波路素
子。
【請求項４】光が伝搬する光吸収のない光導波層と、
該光導波層を取り囲む、金属からなる光ガイド層とから
構成された光導波路を備えた導波路素子であって、該光導波路は、光が第１の方向に伝搬する第１の導波路
部と、光が該第１の方向と直交する第２の方向に伝搬す
る第２の導波路部とからなる、該第１の導波路部の一端
部と該第２の導波路部の一端部とが重なったＬ字型導波
路部を有し、該Ｌ字型導波路部では、該第１の導波路部
の他端側から該両導波路部の重なり部分に向けて伝搬す
る光が、該重なり部分にて変向されて該第２の導波路部
の他端側に向けて伝搬するよう構成されている導波路素
子。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載の導
波路素子において、前記第２の導波路部は、これと前記第１の導波路部との
重なり部分及びその近傍部分が、その他の部分より狭い
光フィルター部となっており、該光フィルター部にて、
該第１の導波路部から該第２の導波路部へ伝搬する伝搬
光の高次モード化を抑制する構成となっている導波路素
子。
【請求項６】請求項１ないし４のいずれかに記載の導
波路素子において、前記第１の導波路部と前記第２の導波路部との重なり部
分は、その前記第２の方向に沿った側部に該第２の導波
路部内に迫り出すよう形成された、該重なり部分へ入射
する伝搬光の該第２の導波路部への反射を促進する光反
射促進部を有している導波路素子。
【請求項７】請求項１ないし４のいずれかに記載の導
波路素子において、前記第１の導波路部は、これと前記第２の導波路部との
重なり部分の近傍部分に光戻り防止フィルター部を有
し、該光戻り防止フィルター部では、該第１の導波路部
のその他の部分とは、光伝搬方向と垂直な方向における
寸法が異なっており、該光戻り防止フィルター部にて、
該第１の導波路部から該第２の導波路部へ伝搬する伝搬
光が該重なり部分での反射により該第１の導波路部側に
戻るのを抑制する構成となっている導波路素子。
【請求項８】請求項５記載の導波路素子において、前記光フィルター部では、前記第２の導波路部での光伝
搬方向と垂直な平面内での所定方向の寸法が、前記光導
波路を伝搬する光の波長以下となっている導波路素子。
【請求項９】請求項１ないし４のいずれかに記載の導
波路素子において、前記光導波層及び光ガイド層は、半導体材料からなる基
板上に形成されている導波路素子。
【請求項１０】請求項５記載の導波路素子において、前記光導波層及び光ガイド層は、半導体材料からなる基
板上に形成されており、前記光フィルター部は、前記第２の導波路部での光の伝
搬方向と平行でかつ該基板の表面に垂直な平面上に形成
されている導波路素子。
【請求項１１】請求項６記載の導波路素子において、前記光導波層及び光ガイド層は、半導体材料からなる基
板上に形成されており、前記光反射促進部は、前記第２の導波路部での光の伝搬
方向と平行でかつ該基板の表面に垂直な平面上に形成さ
れている導波路素子。
【請求項１２】請求項７記載の導波路素子において、前記光導波層及び光ガイド層は、半導体材料からなる基
板上に形成されており、前記光戻り防止フィルター部は、前記第１の導波路部で
の光の伝搬方向と平行でかつ該基板の表面に垂直な平面
上に形成されている導波路素子。
【請求項１３】請求項１または２記載の導波路素子に
おいて、前記第１及び第２の導波路部の重なり部分は、該第１の
導波路部を伝搬する光を、該第２の導波路部の両端側へ
分岐する光分岐部となっており、該光分岐部には、ここに入射する伝搬光の該第２の導波
路部への反射を促進する光反射促進部が設けられてお
り、該光反射促進部は、該第２の導波路部での光の伝搬方向
における寸法が該伝搬光の波長の０．３〜１．０倍とな
り、該第１の導波路部での光の伝搬方向における寸法が
該伝搬光の波長の０．１５〜０．５５倍となるよう構成
されている導波路素子。
【請求項１４】請求項３または４記載の導波路素子に
おいて、前記第１及び第２の導波路部の重なり部分は、該第１の
導波路部を伝搬する光の伝搬方向を、該第２の導波路部
における光の伝搬方向に変向する光変向部となってお
り、該光変向部には、ここに入射する伝搬光の該第２の導波
路部への反射を促進する光反射促進部が設けられてお
り、該光反射促進部は、該第２の導波路部での光の伝搬方向
における寸法が該伝搬光の波長の０．８〜１．０５倍と
なり、該第１の導波路部での光の伝搬方向における寸法
が該伝搬光の波長の０．８５〜１．０５倍となるよう構
成されている導波路素子。
【請求項１５】請求項１または２記載の導波路素子に
おいて、前記第１及び第２の導波路部の重なり部分は、該第１の
導波路部を伝搬する光を、該第２の導波路部の両端側へ
分岐する光分岐部となっており、該光分岐部には、該第１の導波路部から該第２の導波路
部へ伝搬する伝搬光が該重なり部分での反射により該第
１の導波路部側に戻るのを抑制する光戻り防止フィルタ
ー部が設けられており、該光戻り防止フィルター部は、該第１の導波路部での光
の伝搬方向における寸法が該伝搬光の波長の１．０５〜
１．４５倍となり、該第２の導波路部での光の伝搬方向
における寸法が該伝搬光の波長の０．４〜０．７倍とな
るよう構成されている導波路素子。
【請求項１６】請求項３または４記載の導波路素子に
おいて、前記第１及び第２の導波路部の重なり部分は、該第１の
導波路部を伝搬する光の伝搬方向を、該第２の導波路部
における光の伝搬方向に変向する光変向部となってお
り、該光変向部には、該第１の導波路部から該第２の導波路
部へ伝搬する伝搬光が該重なり部分での反射により該第
１の導波路部側に戻るのを抑制する光戻り防止フィルタ
ー部が設けられており、該光戻り防止フィルター部は、該第１の導波路部での光
の伝搬方向における寸法が該伝搬光の波長の１．３５〜
２．２倍となり、該第２の導波路部での光の伝搬方向に
おける寸法が該伝搬光の波長の０．３〜０．５倍となる
よう構成されている導波路素子。