WO2016125747A1 - 光導波路基板 - Google Patents

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山口　省一郎
哲也 江尻
浅井　圭一郎
直剛 岡田
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Definitions

  • the present invention relates to an optical waveguide substrate with reduced propagation loss in a curved portion.
  • Non-Patent Documents 1 and 2 and Patent Document 1 in order to reduce the bending loss of a bent optical waveguide, a straight waveguide and a curved waveguide having a uniform bending radius are shifted from each other in the central axis of each waveguide.
  • a connection (offset connection) method is disclosed.
  • offset connection is performed in an optical waveguide formed in a semiconductor such as quartz glass, lithium niobate, or InP.
  • the radius of curvature of the curved portion of the optical waveguide is 1 mm or more.
  • Non-Patent Document 3 discloses a structure using a core having high refractive index of silicon photonics.
  • the SiO 2 having a refractive index of 1.45 was formed as a cladding on silicon, the Si of refractive index 3.8 to form a core thereon, thereby forming a SiO 2 having a refractive index of 1.45 as overclad
  • An embedded waveguide is used.
  • the refractive index difference ⁇ n between the core and the clad is 2 or more, and the cross section of the core is 0.3 ⁇ m ⁇ 0.3 ⁇ m. This is such a dimension in order to set the transverse mode to the single mode because the difference in refractive index between the core and the clad is large.
  • Silicon photonics has a problem that an ultra-fine semiconductor patterning technology is required for device manufacture and that a coupling loss increases when a semiconductor laser or an optical fiber is connected. Furthermore, it is a problem that it cannot be used at a wavelength of 1 ⁇ m or less due to absorption of silicon.
  • Non-Patent Document 2 describes that a curvature radius of a curved portion can be set to 250 ⁇ m by using a so-called high mesa type optical waveguide structure and using an offset technique.
  • An object of the present invention is to provide an optical waveguide substrate having a structure in which the curvature radius of the curved portion can be 100 ⁇ m or less in the optical waveguide substrate including the curved portion of the channel type optical waveguide.
  • the present invention is an optical waveguide substrate comprising a support substrate, an optical material portion having at least a pair of ridge grooves, and a clad provided between the support substrate and the optical material portion,
  • the optical material portion includes a core formed between the ridge grooves, and a thin portion provided under the ridge grooves;
  • the core includes a curved portion, the core has a width of 1.5 ⁇ m or less, the core has a thickness of 0.8 ⁇ m or more and 2.0 ⁇ m or less, and the thin portion has a thickness of 0 0.05 ⁇ m or more and 0.4 ⁇ m or less, and the curvature radius of the curved portion is 100 ⁇ m or less.
  • the present inventors have attempted to form a ridge type optical waveguide by forming a ridge groove in the optical material portion.
  • the ridge groove for forming the ridge-type optical waveguide was deepened, the thickness of the thin part remaining under the ridge groove was reduced, and the effect was verified.
  • the propagation loss when the ridge type optical waveguide is used is equal to or less than the propagation loss when the buried type optical waveguide is used. I found out.
  • the reason for this is not clear, but when the depth of cut of the ridge groove is increased to make the thin portion sufficiently thin, the light intensity distribution seems to approach the light intensity distribution of the embedded optical waveguide.
  • the outer shape of the cross section is processed over the entire surface, and therefore, a fine distortion remains over the entire outer contour of the optical waveguide, and the curved portion It is thought that the propagation loss becomes large when the radius of curvature of is reduced.
  • the type of the optical waveguide element of the present invention is not particularly limited, but may be a passive optical waveguide substrate, and may be an optical waveguide device such as a wavelength conversion element, an optical modulator, an optical filter, or an optical isolator. .
  • a clad layer 3 is formed on a support substrate 2, and an optical material portion 4 is formed on the clad layer 3.
  • a ridge groove 6 is formed on the upper surface side of the optical material portion 4, and a ridge portion (core) 4 c is formed between the pair of ridge grooves 6.
  • Thin portions 4b remain between the ridge grooves and the cladding layer 3, and extending portions 4a are formed outside the thin portions 4b.
  • the upper surface of the optical material portion 4 is covered with the over clad layer 5.
  • the horizontal confinement in the core is strengthened by reducing the width W of the core 4c to 1.5 ⁇ m or less.
  • the core width W is more preferably 1.2 ⁇ m or less.
  • the core width W is preferably 0.2 ⁇ m or more, which can suppress propagation loss deterioration due to processing distortion and increase the amount of propagation light. From this point of view, the core width W is more preferably 0.35 ⁇ m or more.
  • the core width W is the interval between edges when the core is viewed from the direction perpendicular to the upper surface 4d.
  • the thickness T s of the core 4 is set to 0.5 ⁇ m or more and 2.0 ⁇ m or less. By setting the thickness of the core 4 within this range, the effect of reducing the propagation loss in the curved portion becomes remarkable. This is because the multimode is not excited in the curved portion, and from this viewpoint, the thickness of the core is preferably 0.8 ⁇ m or more.
  • the core thickness is preferably 1.8 ⁇ m or less, and more preferably 1.5 ⁇ m or more.
  • the thickness of a core shall mean the space
  • the thickness T of the thin portion 4b is set to 0.05 ⁇ m or more and 0.4 ⁇ m or less. It has been found that the propagation loss in the curved portion can be remarkably reduced by making this 0.4 ⁇ m or less. From this viewpoint, the thickness of the thin portion is more preferably 0.35 ⁇ m or less.
  • the thickness of the thin portion is set to 0.05 ⁇ m or more, more preferably 0.1 ⁇ m or more.
  • the ridge height T r is the difference between the core thickness T s and the thin part thickness T.
  • the structure of the present application can greatly reduce the propagation loss of higher order modes.
  • a preferable range for this is a radius of curvature of 100 ⁇ m or less, further 70 ⁇ m or less, and particularly 50 ⁇ m or less.
  • the minimum value of the radius of curvature is not particularly limited, but is preferably 5 ⁇ m or more, and more preferably 10 ⁇ m or more, from the viewpoint of reducing propagation loss.
  • FIG. 2 shows an optical waveguide substrate 10 of a reference example.
  • the clad layer 3 is formed on the support substrate 2, and the core 7 and the extending portion 8 are formed on the clad layer 3.
  • the groove 9 between the core and the extending portion is cut to the under cladding layer 3, and the thin portion is removed.
  • the core 7 is covered with the over clad 5B, and the extending portion 8 is covered with the over clad layer 5A.
  • the specific material of the support substrate is not particularly limited, and examples thereof include glass such as lithium niobate, lithium tantalate, and quartz glass, quartz, Si, alumina, aluminum nitride, and sapphire.
  • the refractive index of the cladding is preferably lower than the refractive index of the optical material portion, and the refractive index difference is preferably 0.25 or more, more preferably 0.5 or more.
  • the refractive index of the material of the optical material portion is preferably 1.7 or more, and more preferably 1.9 or more.
  • the refractive index of the core is preferably 3.5 or less, and more preferably 3 or less. From this point of view, gallium arsenide, lithium niobate single crystal, tantalum oxide, zinc oxide and alumina oxide can be preferably exemplified.
  • the refractive index of the clad material is preferably 1.69 or less, and more preferably 1.55 or less. From such a viewpoint, SiO 2 , polyimide, SiO 2 glass, and MgF can be preferably exemplified.
  • one or more metals selected from the group consisting of magnesium (Mg), zinc (Zn), scandium (Sc), and indium (In) are used to further improve the optical damage resistance of the optical waveguide.
  • Mg magnesium
  • Zn zinc
  • Sc scandium
  • In indium
  • the crystal can contain a rare earth element as a doping component.
  • the rare earth element Nd, Er, Tm, Ho, Dy, and Pr are particularly preferable.
  • the material thereof may be an inorganic adhesive, an organic adhesive, or a combination of an inorganic adhesive and an organic adhesive.
  • the adhesive layer may function as a cladding.
  • the optical material part may be formed by forming a film on the support substrate by a thin film forming method.
  • a thin film forming method include sputtering, vapor deposition, and CVD.
  • the optical material portion is directly formed on the support base, and the above-described adhesive layer does not exist.
  • a mode conversion loss occurs in which the mode shape is deformed in the outer circumferential direction.
  • a structure may be adopted in which the bent waveguide connection portion is offset (offset) in the width direction of the ridge waveguide.
  • the optical waveguide includes a relatively large incident portion 11a, a tapered portion 11b, a rectilinear portion 11c, curved portions 11d and 11e, and a rectilinear portion 11f, and is curved 90 degrees as a whole.
  • the offset direction indicated by the arrow in the drawing is positive. By combining such an offset, the propagation loss in the curved portion is further reduced.
  • a ridge-type optical waveguide is obtained by, for example, physical processing and molding by cutting with an outer peripheral blade or laser ablation processing.
  • the Bragg grating can be formed on the optical waveguide by physical or chemical etching as follows.
  • a metal film such as Ni or Ti is formed on a high refractive index substrate, and windows are periodically formed by photolithography to form an etching mask. Thereafter, periodic grating grooves are formed by a dry etching apparatus such as reactive ion etching. Finally, it can be formed by removing the metal mask.
  • Example 1 An optical waveguide substrate having a configuration as shown in FIGS. 1, 3, and 4 was produced. However, the optical waveguide structure is as shown in FIG. 1, and the planar pattern is the optical waveguide substrate 20 shown in FIG.
  • an optical waveguide 22 is formed on the substrate 21.
  • the optical waveguide 22 includes an incident portion 23a having a large core width, a tapered portion 23b having a smaller core width toward the propagation direction, and a rectilinear portion 23c having a relatively small core width. Then, the light propagating through the rectilinear portion 23c passes through the curved portions 23d and 23e that are curved in two opposite directions to change the optical path, respectively, and then the rectilinear portion 23f and the taper whose core width increases toward the propagation direction. The light passes through the portion 23g and the emission portion 23h having a relatively large core width, and is emitted to the outside of the substrate.
  • the details of the curved portions 23d and 23e are as shown in FIG.
  • a SiO 2 layer to be an underclad layer 3 is formed by 1 ⁇ m on a support substrate 2 made of quartz by a sputtering apparatus, and Ta 2 O 5 to be an optical material part (layer) 4 is formed thereon by 1 ⁇ m.
  • the optical material part was formed by film formation of 2 ⁇ m.
  • a film of Ti was formed on the optical material portion 4, and an optical waveguide pattern was produced using a stepper device. Thereafter, using this Ti pattern as a mask, the ridge groove 6 was etched by fluorine-based reactive ion etching to form an optical waveguide.
  • a SiO 2 layer to be the over clad layer 5 was formed by 0.5 ⁇ m sputtering so as to cover the ridge waveguide. Thereafter, the assembly is cut into a bar shape by a dicing apparatus, the end face on which the semiconductor laser and the wavelength conversion element are mounted is optically polished, this end face is optically polished, and a 0.1% AR coating is formed on both end faces. Finally, the chip was cut to produce a bent waveguide element. The element size was 1 mm wide ⁇ 8 mm long.
  • the optical insertion loss of the optical waveguide substrate was measured using a semiconductor laser having a wavelength of 830 nm.
  • the optical insertion loss was measured by inputting TE mode light into the optical waveguide. Since the light source, the input unit, and the output unit, the light detection element, and the coupling loss were calculated to be 1.5 dB in different measurements, the numerical values obtained by subtracting these from the optical insertion loss are summarized as propagation loss in FIG.
  • the TM mode was also evaluated at the same time, but the same result was obtained and there was no influence of bending loss due to polarization.
  • Example 2 An optical waveguide device was produced in the same manner as in Example 1. However, the core width W in the curved portion was changed to 1.0 ⁇ m, 1.5 ⁇ m, and 2.0 ⁇ m. Moreover, the curvature radius in the curved part was 10 ⁇ m, 20 ⁇ m, 30 ⁇ m, 50 ⁇ m, and 100 ⁇ m. The propagation loss was evaluated in the same manner as in Example 1, and the result is shown in FIG.
  • Example 1 An optical waveguide substrate was produced in the same manner as in Example 1. However, the core width W in the curved portion was changed to 0.5 ⁇ m. Further, the depth of the ridge groove was 0.6 ⁇ m, and the thickness of the thin portion was also increased to 0.6 ⁇ m. The offset at the curved portion was zero. The other parameters were the same as in Example 1. The propagation loss was evaluated in the same manner as in Example 1, and the result is shown in FIG.
  • Example 3 An optical waveguide substrate was produced in the same manner as in Example 1. However, unlike Example 1, by continuing the processing until the depth of the ridge groove was 1.2 ⁇ m, the thin portion disappeared and the cross-sectional shape shown in FIG. 2 was obtained. Thus, the parameters are as follows:
  • Example 2 Compared with Example 2, this result was a loss larger by 0.4 to 0.5 dB.
  • the reason for this is that the comparative example has a large optical confinement effect, which is bent due to the effect of multimode and is coupled to radiate from the single mode to the multimode in the waveguide, resulting in a large loss, or because the ridge groove depth is deep. It is thought that excess loss increases due to side roughness.
  • Example 2 Compared with Example 2, this result was a loss larger by 0.4 to 0.5 dB.
  • the reason for this is that the comparative example has a large optical confinement effect, which is bent due to the effect of multimode and is coupled to radiate from the single mode to the multimode in the waveguide, resulting in a large loss, or because the ridge groove depth is deep. It is thought that excess loss increases due to side roughness.
  • Example 4 An optical waveguide substrate was produced in the same manner as in Example 1. However, the following parameters were changed. Core width W at the curved part: 0.5 ⁇ m Ridge groove depth: 0.8 ⁇ m Thin part thickness: 0.4 ⁇ m Offset at curved part: 0.0mm The propagation loss was evaluated in the same manner as in Example 1, and the result is shown in FIG.
  • Example 5 An optical waveguide substrate was produced in the same manner as in Example 1. However, the following parameters were changed. Core width W at the curved part: 0.5 ⁇ m Ridge groove depth: 0.7 ⁇ m Thin part thickness: 0.5 ⁇ m Offset at curved part: 0.0mm The propagation loss was evaluated in the same manner as in Example 1, and the result is shown in FIG.

Abstract

【課題】　光導波路基板は、支持基板、少なくとも一対のリッジ溝が形成された光学材料部および支持基板と光学材料部との間に設けられたクラッドを備える。光学材料部が、リッジ溝の間に形成されているコア、およびリッジ溝下に設けられている肉薄部を備える。光学材料部の主面から見たときにコアが湾曲する湾曲部分を含んでおり、コアの幅が１．５μｍ以下であり、光学材料部の厚さが０．８μｍ以上、２μｍ以下であり、肉薄部の厚さが０．０５μｍ以上、０．４μｍ以下であり、湾曲部分の曲率半径が１００μｍ以下である。

Description

光導波路基板
　本発明は、湾曲部分における伝搬損失が低減された光導波路基板に関するものである。
　いわゆるリッジ型光導波路や埋め込み型光導波路を形成した光導波路基板においては、光導波路を湾曲させることによって進路を変更することが望まれることがある。しかし、光導波路の湾曲部分の曲率半径が小さくなり、曲げがきつくなると、光の伝搬損失が大きくなるので、曲率半径の大きさには限界があった。
　非特許文献１、２および特許文献１は、曲がり光導波路の曲がり損失を低減するために、直線導波路と、一様な曲げ半径の曲線導波路とを、各導波路の中心軸をずらして接続する（オフセット接続）方法が開示されている。また、これらの文献の記載では、石英系ガラス、ニオブ酸リチウムやＩｎＰなどの半導体に形成した光導波路においてオフセット接続を実施している。しかし、光導波路の湾曲部分の曲率半径は１ｍｍ以上である。
　さらに非特許文献３は、シリコンフォトニクスの屈折率の高いコアを利用した構造が開示されている。この場合、シリコン上にクラッドとして屈折率１．４５のＳｉＯ２を形成し、その上にコアとして屈折率３．８のＳｉを形成し、オーバークラッドとして屈折率１．４５のＳｉＯ２を形成した埋め込み型導波路を利用している。コアとクラッドの屈折率差△ｎは２以上あり、コアの断面は０．３μｍ×０．３μｍとなっている。これはコアとクラッドの屈折率差が大きいために横モードをシングルモードとするために、このような寸法になっている。
　シリコンフォトニクスは、デバイス製造について超微細な半導体パターニング技術が必要なることや半導体レーザや光ファイバを接続する場合に結合損失が大きくなるという課題がある。さらに、シリコンの吸収により、波長１μｍ帯以下の波長では使用できないということも課題となっている。
電子情報通信学会論文誌　C. Vol. J92-C No.4 pp.119-129　『光集積回路用低損失InP光導波路の検討』 ＮＴＴジャーナル　２００５．５　『次世代ＰＬＣを支える導波路作製技術』 ＯＫＩテクニカルレビュー　2010年、第216号、Vol．77、No.1、p.4-7
特開2010-151973
　非特許文献２では、いわゆるハイメサ型の光導波路構造を利用し、かつオフセット技術を利用することによって、湾曲部分の曲率半径を２５０μｍとすることが可能であるとの記載がある。
　しかし、最近は、光導波路素子を更に小型化することが望まれてきている。特に、光導波路の湾曲部分の曲率半径を１００μｍ以下とすることが必要になってきた。しかし、光導波路基板のチャネル型光導波路において、このような曲がり半径を実現することは困難である。
　本発明の課題は、チャネル型光導波路の湾曲部分を含む光導波路基板において、湾曲部分の曲率半径を１００μｍ以下とできるような構造の光導波路基板を提供することである。
　本発明は、支持基板、少なくとも一対のリッジ溝が形成された光学材料部および前記支持基板と前記光学材料部との間に設けられたクラッドを備えている光導波路基板であって、
　前記光学材料部が、前記リッジ溝の間に形成されているコア、および前記リッジ溝下に設けられている肉薄部を備えており、
　前記コアが湾曲する湾曲部分を含んでおり、前記コアの幅が１．５μｍ以下であり、前記コアの厚さが０．８μｍ以上、２．０μｍ以下であり、前記肉薄部の厚さが０．０５μｍ以上、０．４μｍ以下であり、前記湾曲部分の曲率半径が１００μｍ以下であることを特徴とする。
　光導波路の湾曲部分の曲率半径を小さくするためには、その光導波路における光の閉じ込めを強くすることが必要である。従って、これまで、いわゆる埋め込み型の光導波路やハイメサ型の光導波路が検討されてきた。
　一方、本発明者は、光学材料部にリッジ溝を形成することによってリッジ型光導波路を形成することを試みてきた。その過程で、リッジ型光導波路を形成するためのリッジ溝を深くし、リッジ溝下に残す肉薄部の厚さを小さくし、その効果を検証してみた。
　すると、意外なことに、湾曲部分の曲率半径を小さくした場合には、リッジ型光導波路を用いた場合の伝搬損失が、埋め込み型光導波路を用いた場合の伝搬損失と比べて同等以下となることを見いだした。
　この理由は明確ではないが、リッジ溝の切り込み深さを大きくして肉薄部を十分に薄くした場合には、光強度分布が埋め込み型光導波路の光強度分布に近づいてくるようである。これに加えて、埋め込み型光導波路の場合には、その横断面の外形が全面にわたって加工されているのであり、このために光導波路の外形輪郭の全体にわたって微細な歪みが残っており、湾曲部分の曲率半径を小さくした場合に顕在化し、伝搬損失が大きくなったものと考えられる。
本発明の実施形態に係る光導波路基板１を示す模式図である。 参考例に係る光導波路基板１０を示す模式図である。 湾曲部分を含む光導波路のパターンの一例を示す。 湾曲部分を含む光導波路のパターンの一例を示す。 実施例１における伝搬損失を示すグラフである。 実施例２における伝搬損失を示すグラフである。 実施例３における伝搬損失を示すグラフである。 比較例１における伝搬損失を示すグラフである。 比較例２における伝搬損失を示すグラフである。 比較例３における伝搬損失を示すグラフである。 比較例４における伝搬損失を示すグラフである。 実施例４における伝搬損失を示すグラフである。 比較例５における伝搬損失を示すグラフである。
　本発明の光導波路素子の種類は、特に限定はないが、受動型の光導波路基板であってよく、波長変換素子、光変調器、光フィルタ、光アイソレータ、等の光導波路デバイスであってよい。
　図１の光導波路基板１では、支持基板２上にクラッド層３が形成されており、クラッド層３上に光学材料部４が形成されている。光学材料部４の上面側にはリッジ溝６が形成されており、一対のリッジ溝６の間にリッジ部（コア）４ｃが形成されている。各リッジ溝とクラッド層３との間には肉薄部４ｂが残留しており、各肉薄部４ｂの外側にはそれぞれ延在部４ａが形成されている。なお、本例では、光学材料部４の上面がオーバークラッド層５によって被覆されている。
　本発明では、コア４ｃの幅Ｗを１．５μｍ以下と小さくすることによって、コアにおける水平方向の閉じ込めを強くする。この観点からは、コアの幅Ｗは、１．２μｍ以下が更に好ましい。また、コア幅Ｗは、０．２μｍ以上とすることが好ましく、これによって加工歪みによる伝搬損失劣化を抑制でき伝搬光量を増やすことができる。この観点からは、コア幅Ｗは、０．３５μｍ以上とすることが更に好ましい。
　なお、コア幅Ｗは、コアを上面４ｄに垂直な方向から見たときのエッジ間の間隔とする。
　また、コア４の厚さＴｓは０．５μｍ以上、２．０μｍ以下とする。コア４の厚さをこの範囲とすることによって、湾曲部分における伝搬損失低減効果が顕著となる。これは湾曲部においてマルチモードが励振されないためで、こうした観点からは、コアの厚さは、０．８μｍ以上とすることが好ましい。また、コアの厚さは、１．８μｍ以下とすることが好ましく、また、１．５μｍ以上とすることが更に好ましい。
　なお、コアの厚さとは、コアの上面と底面との間の間隔を意味するものとする。
　また、肉薄部４ｂの厚さＴは０．０５μｍ以上、０．４μｍ以下とする。これを０．４μｍ以下とすることによって、湾曲部分における伝搬損失を顕著に低減できることを見いだした。この観点からは、肉薄部の厚さは０．３５μｍ以下が更に好ましい。
　また、肉薄部の厚さＴが小さすぎると、埋め込み型光導波路に近くなるが、加工歪みによる影響が現れ易くなり、湾曲部分における伝搬損失がかえって上昇し易くなる。こうした観点から、肉薄部の厚さを０．０５μｍ以上とするが、０．１μｍ以上とすることが更に好ましい。
　なお、リッジ高さＴｒは、コア厚さＴｓと肉薄部厚さＴとの差である。
　曲がり導波路を利用して光路を曲げる場合には、曲がり半径をできるだけ小さくすることが好ましい。一般的に、導波路の最小曲率半径付近の領域においては、高次のモードはカットオフになるために基本モードのみが伝搬可能である。これは高次モードの実効屈折率が基本モードのそれよりも小さいために、閉じ込めが弱いことから生じる現象である。
　本願構造は、高次モードの伝搬損失を大きく低減することができる。このための好適範囲は曲率半径が１００μｍ以下であり、更には７０μｍ以下であり、特には５０μｍ以下である。また、前記曲率半径の最小値は特にないが、伝搬損失の低減という観点からは、５μｍ以上が好ましく、１０μｍ以上が更に好ましい。
　図２は参考例の光導波路基板１０を示す。
　本例では、支持基板２上にクラッド層３が形成されており、クラッド層３上にコア７および延在部８が形成されている。コアと延在部との間の溝９はアンダークラッド層３まで切り込まれており、肉薄部は除去されている。本例では、コア７がオーバークラッド５Ｂによって被覆されており、延在部８がオーバークラッド層５Ａによって被覆されている。
　支持基板の具体的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、石英ガラスなどのガラスや水晶、Si、アルミナ、窒化アルミ、サファイアなどを例示することができる。
　クラッドの屈折率は、光学材料部の屈折率よりも低いことが好ましく、その屈折率差は０．２５以上が好ましく、０．５以上が更に好ましい。
　前記の屈折率差が同じあっても、光導波路の実効屈折率が大きいほど、曲率半径を小さくすることができる。このことから、コアの屈折率は大きいほど、曲率半径を小さくすることができる。この観点から光学材料部の材質の屈折率は、１．７以上であることが好ましく、１．９以上であることが更に好ましい。しかし、コアの屈折率が大きすぎると、シングルモードを得るための断面寸法が小さくなり光スポット径が小さくなるので、半導体レーザや光ファイバとの結合損失が大きくなる。この観点から光学材料部の材質の屈折率は、３．５以下であることが好ましく、３以下が更に好ましい。
こうした観点からは、ガリウム砒素、ニオブ酸リチウム単結晶、酸化タンタル、酸化亜鉛および酸化アルミナを好ましく例示できる。
　クラッドの材質の屈折率は、１．６９以下であることが好ましく、１．５５以下であることが更に好ましい。こうした観点からは、ＳｉＯ２、ポリイミド、ＳｉＯ２系ガラス、ＭｇＦを好ましく例示できる。
　光学材料部中には、光導波路の耐光損傷性を更に向上させるために、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、スカンジウム（Ｓｃ）及びインジウム（Ｉｎ）からなる群より選ばれる１種以上の金属元素を含有させてもよく、この場合、マグネシウムが特に好ましい。また結晶中には、ドープ成分として、希土類元素を含有させることができる。希土類元素としては、特にＮｄ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｐｒが好ましい。
　光導波路基板に接着層を更に設ける場合には、その材質は、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。この場合、接着層がクラッドとして機能してもよい。
　また、光学材料部は、支持基体上に薄膜形成法によって成膜して形成してもよい。こうした薄膜形成法としては、スパッタ、蒸着、ＣＶＤを例示できる。この場合には、光学材料部は支持基体に直接形成されており、上述した接着層は存在しない。
　曲がり損失を低減するために、モード形状が外周方向に変形するモード変換損が発生する。これを改善するために曲がり導波路の接続部においてリッジ導波路の幅方向に軸ずれさせる（オフセットさせる）構造であってよい。
　例えば図３においては、光導波路は、幅の相対的に大きい入射部１１ａ、テーパ部１１ｂ、直進部１１ｃ、湾曲部分１１ｄ、１１ｅ、直進部１１ｆを備えており、全体として９０度湾曲している。直進部１１ｃと湾曲部分１１ｄとの間にオフセット１２Ａ（Ｏｆｆｓｅｔ１）があり、湾曲部分１１ｄと１１ｅとの間にオフセット１２Ｄ（Ｏｆｆｓｅｔ２）があり、湾曲部分１１ｅと直進部１１ｆとの間にオフセット１２Ｃ（Ｏｆｆｓｅｔ３）がある。図面に矢印で示すオフセット方向を正としている。
　このようなオフセットを組み合わせることによって、湾曲部分における伝搬損失が更に低減されるようにする。
　リッジ型の光導波路は、例えば外周刃による切削加工やレーザアブレーション加工することによって物理的に加工し、成形することによって得られる。
　ブラッググレーティングは以下のようにして物理的、あるいは化学的なエッチングにより、光導波路に形成することができる。
　具体例として、Ｎｉ、Ｔｉなどの金属膜を高屈折率基板に成膜し、フォトリソグラフィーにより周期的に窓を形成しエッチング用マスクを形成する。その後、反応性イオンエッチングなどのドライエッチング装置で周期的なグレーティング溝を形成する。最後に金属マスクを除去することにより形成できる。
（実施例１）
　図１、図３、図４に示すような形態の光導波路基板を作製した。
　ただし、光導波路構造は図１に示すようなものとし、平面的パターンは図４に示す光導波路基板２０とした。
　図４においては、基板２１に光導波路２２が形成されている。光導波路２２は、コア幅の大きい入射部２３ａ、伝搬方向に向かってコア幅が小さくなるテーパ部２３ｂ、コア幅が相対的に小さい直進部２３ｃを備える。そして直進部２３ｃを伝搬した光は、二つの反対方向に向かって湾曲する湾曲部分２３ｄ、２３ｅを通過してそれぞれ光路を変更し、次いで直進部２３ｆ、伝搬方向に向かってコア幅が大きくなるテーパ部２３ｇ、コア幅の相対的に大きい出射部２３ｈを通過し、基板外に出射する。
　ここで、各湾曲部分２３ｄ、２３ｅの詳細は図３に示すような形態とした。
　具体的には、石英からなる支持基板２にスパッタ装置にてアンダークラッド層３になるＳｉＯ２層を１μｍ成膜し、またその上に光学材料部（層）４となるＴａ２Ｏ５を１．２μｍ成膜して光学材料部を形成した。
  次に、光学材料部４上にＴｉを成膜して、ステッパ装置により光導波路パターンを作製した。その後、このＴｉパターンをマスクにしてフッ素系の反応性イオンエッチングによりリッジ溝６をエッチングして光導波路を形成した。
　最後に、オーバークラッド層５となるＳｉＯ２層をリッジ導波路を覆うように０．５μｍスパッタにて成膜した。その後、ダイシング装置にてアセンブリをバー状に切断し、半導体レーザと波長変換素子を実装する端面を光学研磨し、この端面を光学研磨し、両端面に０．１％のARコートを形成し、最後にチップ切断を行い曲がり導波路素子を作製した。素子サイズは幅１mm×長さ８mmとした。
　光導波路基板の光挿入損失測定は、波長８３０nmの半導体レーザを使用して測定した。光導波路にＴＥモードの光を入力して光挿入損失を測定した。光源と入力部、および出力部と光検出素子と結合損失は別の測定にてそれぞれ１．５ｄＢと算出したので、光挿入損失からこれらを差し引いた数値を伝搬損失として図５にまとめた。
　ＴＭモードについても同時に評価を行ったが、同様の結果となり偏光による曲がり損失の影響はなかった。
　光導波路の寸法は、それぞれ下記のように設定した。
　入射部２３ａ、２３ｈにおけるコア幅：３μｍ
　湾曲部分におけるコア幅Ｗ：０．５μｍ
　湾曲部分におけるオフセット：OFFSET１＝０μｍ、OFFSET２＝０μｍ、OFFSET３＝０μｍ
　コアの厚さＴｓ：１．２μｍ
　リッジ溝深さＴｒ＝１．０μｍ
　肉薄部の厚さ：０．２μｍ
　テーパ部２３ｂ、２３ｇの長さ：１００μｍ
  湾曲部分における曲率半径： ５μｍ～１００μｍ（５μｍ間隔）
その結果を伝搬損失を図５に示す。
（実施例２）
　実施例１と同様に光導波路素子を作製した。ただし、湾曲部分におけるコア幅Ｗは１．０μｍ、１．５μｍ、２．０μｍに変更した。また、湾曲部分における曲率半径は　１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、５０μｍ、１００μｍとした。
　伝搬損失を実施例１と同じように評価し、その結果を図６に示す。
（実施例３）
　実施例１と同様にして光導波路基板を作製した。ただし、湾曲部分におけるコア幅Ｗは０．５μｍ、１．０μｍ、１．５μｍ、２．０μｍに変更した。また、湾曲部分における曲率半径は１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、５０μｍ、１００μｍとした。湾曲部分におけるオフセットはOFFSET１＝０．１５μｍ、OFFSET２＝０、OFFSET３＝－０．１５μｍとした。
　これら以外のパラメータは実施例１と同じとした。
　伝搬損失を実施例１と同じように評価し、その結果を図７に示す。
（比較例１）
　実施例１と同様にして光導波路基板を作製した。ただし、湾曲部分におけるコア幅Ｗは０．５μｍに変更した。また、リッジ溝の深さは０．６μｍとし、肉薄部の厚さも０．６μｍと大きくした。湾曲部分におけるオフセットはゼロとした。
　これら以外のパラメータは実施例１と同じとした。
　伝搬損失を実施例１と同じように評価し、その結果を図８に示す。
（比較例２）
　比較例１と同様に光導波路基板を作製した。ただし、湾曲部分におけるオフセットはOFFSET１＝０．１５μｍ、OFFSET２＝０、OFFSET３＝－０．１５μｍとした。これら以外のパラメータは比較例１と同じとした。
　伝搬損失を実施例１と同じように評価し、その結果を図９に示す。
（比較例３）
　実施例１と同様にして光導波路基板を作製した。
　ただし、実施例１と異なり、リッジ溝の深さ１．２μｍとなるまで加工を続けることにより、肉薄部を消失させ、図２に示す横断面形状とした。したがって、パラメーターは以下のとおりとなる。
　入射部２３ａ、２３ｈにおけるコア幅：３μｍ
　湾曲部分におけるコア幅Ｗ：０．５μｍ
　湾曲部分におけるオフセット：　なし
　コアの厚さＴｓ：１．２μｍ
　リッジ溝深さＴｒ＝１．２μｍ
　肉薄部の厚さ：０．０μｍ
　テーパ部の長さ：１００μｍ
  湾曲部分における曲率半径： 実施例２と同じように変更。
　伝搬損失を実施例２と同じように評価し、その結果を図１０に示す。
　実施例２と比較して、本結果は、損失が０．４～０．５ｄＢ大きい結果となった。この理由として、比較例は光閉じ込めの効果大きく、マルチモードの影響で曲がり導波路内でシングルモードからマルチモードへ結合し放射して損失が大きくなる、あるいは、リッジ溝深さが深いことによりリッジ側面のラフネスの影響で過剰損失が大きくなると考えられる。
（比較例４）
　比較例３と同様にして光導波路基板を作製した。
　ただし、湾曲部分におけるコア幅は０．５μｍとし、湾曲部分におけるオフセットはOFFSET１＝０．１５μｍ、OFFSET２＝０、OFFSET３＝－０．１５μｍとした。
　これら以外のパラメータは比較例３と同じとした。
　伝搬損失は実施例２と同じように評価し、その結果を図１１に示す。
　実施例２と比較して本結果は、損失が０．４～０．５ｄＢ大きい結果となった。この理由として、比較例は光閉じ込めの効果大きく、マルチモードの影響で曲がり導波路内でシングルモードからマルチモードへ結合し放射して損失が大きくなる、あるいは、リッジ溝深さが深いことによりリッジ側面のラフネスの影響で過剰損失が大きくなると考えられる。
（実施例４）
　実施例１と同様にして光導波路基板を作製した。ただし、以下のパラメーターを変更した。
　湾曲部分におけるコア幅Ｗ：０．５μｍ
　リッジ溝の深さ：０．８μｍ
　肉薄部の厚さ：　０．４μｍ
　湾曲部分におけるオフセット：　０．０ｍｍ
　伝搬損失を実施例１と同じように評価し、その結果を図１２に示す。
（比較例５）
　実施例１と同様にして光導波路基板を作製した。ただし、以下のパラメーターを変更した。
　湾曲部分におけるコア幅Ｗ：０．５μｍ
　リッジ溝の深さ：０．７μｍ
　肉薄部の厚さ：　０．５μｍ
　湾曲部分におけるオフセット：　０．０ｍｍ
　伝搬損失を実施例１と同じように評価し、その結果を図１３に示す。

Claims (5)

  1. 　支持基板、少なくとも一対のリッジ溝が形成された光学材料部および前記支持基板と前記光学材料部との間に設けられたクラッドを備えている光導波路基板であって、
    　前記光学材料部が、前記リッジ溝の間に形成されているコア、および前記リッジ溝下に設けられている肉薄部を備えており、
    　前記コアが湾曲する湾曲部分を含んでおり、前記コアの幅が１．５μｍ以下であり、前記コアの厚さが０．５μｍ以上、２．０μｍ以下であり、前記肉薄部の厚さが０．０５μｍ以上、０．４μｍ以下であり、前記湾曲部分の曲率半径が１００μｍ以下であることを特徴とする、光導波路基板。
  2. 前記光学材料部が前記コアから見て各リッジ溝の外側に延在部を備えていることを特徴とする、請求項１記載の光導波路基板。
  3. 　前記湾曲部分中にオフセット部分が設けられていることを特徴とする、請求項１または２記載の光導波路基板。
  4. 　前記コアの屈折率と前記クラッドの屈折率との差が０．２５以上であることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一つの請求項に記載の光導波路基板。
  5. 　前記光学材料部に形成されたブラッググレーティングを備え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基板。

     
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