WO2018150899A1 - 光導波路素子および光導波路素子の製造方法 - Google Patents

光導波路素子および光導波路素子の製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an optical waveguide element and a method for manufacturing the optical waveguide element.
  • Some optical devices used for optical communications use optical waveguide elements using a planar lightwave circuit (PLC) made of quartz glass.
  • PLC planar lightwave circuit
  • a technique of using zirconia as a dopant for increasing a refractive index in an optical waveguide constituting a PLC is known.
  • Zirconia is a material having a higher refractive index and a smaller thermal expansion coefficient than germania.
  • the relative refractive index difference with respect to the cladding portion of the core can be significantly increased as compared with a PLC using germania as a dopant.
  • the minimum bend radius allowed for the optical waveguide is reduced, and downsizing or high-density integration of the planar lightwave circuit can be expected.
  • a slit is formed transversely to the optical waveguide, and an optical filter may be inserted into the slit.
  • TE polarized light propagating through an optical waveguide (linearly polarized light having a polarization direction parallel to the main surface of the substrate on which the cladding portion is formed) is converted to TM polarized light (TE polarized light and
  • TM polarized light (TE polarized light and
  • a configuration in which a half-wave plate is inserted into the slit may be employed.
  • the half-wave plate is placed in the slit so that its optical axis (high-speed axis or low-speed axis) forms an angle of 45 ° with the main surface of the substrate.
  • the optical waveguide device having such a configuration, when TE polarized light is propagated from one of the divided optical waveguides, the polarization direction is rotated by 90 ° by the half-wave plate, and TM polarized light is transmitted. Is input to the other of the divided optical waveguides.
  • TM-polarized light when TM-polarized light is propagated from one optical waveguide, it becomes TE-polarized light by a half-wave plate and is output to the other optical waveguide.
  • TM polarized light is propagated from the other optical waveguide, it is inputted to one optical waveguide as TE polarized light by a half-wave plate.
  • FIG. 12 is a graph showing an example of the relationship between the relative refractive index difference of the optical waveguide and the light loss in the slit. As shown in FIG. 12, when the relative refractive index difference increases, the loss of light in the slit increases exponentially.
  • the conventional slit forming method is a method of making a cut in an optical waveguide device using a dicing saw, but since the dicing saw has a disk shape, an unnecessary cut is formed up to the periphery of the optical waveguide. Become. That is, when a slit is formed using a dicing saw, another optical waveguide cannot be formed around the slit, and in general, the slit can be formed only at the end of the optical waveguide element. Therefore, a method of using dry etching for forming the slit is also conceivable (see, for example, Patent Document 1), but this method also has a problem.
  • the core and the clad of the optical waveguide are etched at the same time.
  • the etching rate is different between the core and the clad of the optical waveguide.
  • the material properties of the core and the clad tend to be greatly different, so in optical waveguides with a high relative refractive index difference, the variation in slit depth is large. Also become.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an optical waveguide element capable of suppressing variations in optical characteristics in a slit provided transversely to the optical waveguide, and a method for manufacturing the same. It is to provide.
  • an optical waveguide device manufacturing method includes a clad formed on a substrate and a refractive index than the clad formed in the clad.
  • the material layer of the core has a higher refractive index than that of germania (GeO 2 ) in quartz glass, and has a low linear thermal expansion coefficient. It is characterized by being doped with a dopant having a high melting point.
  • the core material layer includes niobium oxide (Nb 2 O 5 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), titanium oxide (TiO 2 ). ), Zirconia (ZrO 2 ), and hafnium oxide (HfO 2 ).
  • An optical waveguide element manufacturing method is the above-described invention.
  • W width of the gap from which the material layer of the core is removed
  • W width of the slit
  • the method for manufacturing an optical waveguide device according to one aspect of the present invention is characterized in that, in the above invention, the material of the substrate is quartz (SiO 2 ).
  • the method for manufacturing an optical waveguide device is characterized in that, in the above invention, the method further includes a step of inserting a wave plate into the slit.
  • An optical waveguide device is formed with a clad formed on a substrate, a core having a higher refractive index than the clad formed in the clad, and transverse to the core.
  • An optical waveguide device including a slit, wherein a width of a gap between cores corresponding to the slit is smaller than a width of the slit.
  • the optical waveguide device is characterized in that, in the above-described invention, a difference between a width of a gap of a core corresponding to the slit and a width of the slit is 1 ⁇ m or less.
  • An optical waveguide device is formed with a clad formed on a substrate, a core having a higher refractive index than the clad formed in the clad, and transverse to the core.
  • the core material layer is doped with a dopant having a refractive index higher than that of germania (GeO 2 ), a low coefficient of linear thermal expansion, and a high melting point.
  • the slit is formed in a region away from the end of the optical waveguide element.
  • the core material layer includes niobium oxide (Nb 2 O 5 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), titanium oxide (TiO 2 ), zirconia.
  • niobium oxide Nb 2 O 5
  • tantalum oxide Ta 2 O 5
  • titanium oxide TiO 2
  • zirconia zirconia.
  • ZrO 2 hafnium oxide
  • HfO 2 hafnium oxide
  • the optical waveguide device is characterized in that, in the above invention, the material of the substrate is quartz (SiO 2 ).
  • the optical waveguide device is characterized in that, in the above invention, another optical waveguide exists between the slit and an end of the optical waveguide device.
  • optical waveguide element and the method for manufacturing the same according to the present invention have an effect that it is possible to suppress variations in optical characteristics in slits provided transversely to the optical waveguide.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of an optical waveguide device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which a wave plate is inserted into the slit of the optical waveguide element.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a cross-sectional structure of the optical waveguide element in the transverse direction of the optical waveguide.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a cross-sectional structure of the optical waveguide element in the optical waveguide direction.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a slit portion formed by a conventional slit forming method.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of an optical waveguide device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which a wave plate is inserted into the slit of the optical waveguide element.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a cross-sectional structure of the optical waveguide element in the transverse direction of the optical waveguide.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a state in which a wave plate is inserted into a slit portion formed by a conventional slit forming method.
  • FIG. 7A is a top view showing a state after lamination to the core material layer.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view showing a state after lamination to the core material layer.
  • FIG. 8A is a top view showing a state after molding of the core.
  • FIG. 8B is a cross-sectional view showing a state after the core is molded.
  • FIG. 9A is a top view showing a state after stacking the upper clad.
  • FIG. 9B is a cross-sectional view showing a state after the upper clad is laminated.
  • FIG. 9A is a top view showing a state after stacking the upper clad.
  • FIG. 9B is a cross-sectional view showing a state after the upper clad is laminated.
  • FIG. 10A is a top view showing a state after the slit is formed.
  • FIG. 10B is a cross-sectional view showing a state after the slit is formed.
  • FIG. 11A is a top view showing a state in which the wave plate is inserted into the slit.
  • FIG. 11B is a cross-sectional view showing a state in which the wave plate is inserted into the slit.
  • FIG. 12 is a graph showing an example of the relationship between the relative refractive index difference of the optical waveguide and the light loss in the slit.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of an optical waveguide device according to an embodiment.
  • the optical waveguide element shown in FIG. 1 is a PLC type optical waveguide element made of a silica glass material, and is a configuration example that is assumed to be used as a coherent mixer.
  • the configuration of the optical waveguide element shown in FIG. 1 is a preferable configuration example to which a slit structure described in detail later is applied.
  • the slit S is formed in the region A away from the end. Moreover, the region A is a position surrounded by other optical waveguides. That is, when the slit S is formed using a dicing saw, the surrounding optical waveguide may be damaged.
  • the optical waveguide device 100 includes input optical waveguides 11 and 12, a variable optical attenuator 21, a polarization demultiplexer 31, 90-degree hybrid elements 41 and 42, a Y-branch optical waveguide 51, It has. Further, the optical waveguide device 100 is provided with a slit S in the region A, and a wave plate is inserted into the slit as will be described later.
  • the input optical waveguide 11 to which the signal light Sig is input is a variable optical attenuator via an S-shaped bent portion obtained by combining bent portions having opposite curvatures, equal curvature radii, and equal arc angles. 21 is connected.
  • the input optical waveguide 12 to which linearly polarized local oscillation light Lo is input passes through an S-shaped bent portion that is a combination of bent portions having opposite curvatures, equal curvature radii, and equal arc angles. Then, it is connected to the Y branch optical waveguide 51.
  • the variable optical attenuator 21 includes a Mach-Zehnder interference that includes a Y branch waveguide 22, a directional coupler 23, and two arm waveguides 24 and 25 that connect the Y branch waveguide 22 to the directional coupler 23. It has a total configuration.
  • a thin film heater is provided above the two arm waveguides 24 and 25, and the arm waveguides 24 and 25 can be heated by the thin film heater.
  • the effective refractive index of the arm waveguides 24 and 25 becomes variable by the thermo-optic effect of heating by the thin film heater, and the variable optical attenuator 21 can control the optical path length difference between the arm waveguides 24 and 25.
  • the variable optical attenuator 21 can control the light attenuation rate by variably controlling the effective optical path length difference.
  • the signal light Sig output from the variable optical attenuator 21 is guided to the polarization demultiplexer 31 via the connection waveguide.
  • the polarization splitter 31 includes a Mach-Zehnder type interference including a Y branch waveguide 32, a directional coupler 33, and two arm waveguides 34 and 35 connecting the Y branch waveguide 32 to the directional coupler 33. It has a total configuration.
  • a slit S is provided in the middle of each of the two arm waveguides 34 and 35, and a quarter-wave plate is inserted into each slit.
  • the polarization of the signal light Sig separated into the arm waveguides 34 and 35 is rotated by the respective quarter-wave plates inserted in the slits, and is interfered by the directional coupler 33. Separated into polarization components. Then, the separated signal light Sig of each polarization component is guided to the 90-degree hybrid element 41 and the 90-degree hybrid element 42, respectively.
  • the local oscillation light Lo branched by the Y-branch optical waveguide 51 is separated into connection waveguides connected to the 90-degree hybrid element 41 and the 90-degree hybrid element 42, respectively.
  • a slit S is provided in the middle of the connection waveguide connected to the 90-degree hybrid element 41, and a wave plate is inserted into the slit. That is, the polarization plane is rotated only in the local oscillation light Lo that is guided to one of the 90-degree hybrid elements 41.
  • the slit S shown in FIG. 1 is shared with the polarization splitter 31, this is shared from the viewpoint of arrangement and manufacturing efficiency, and the slit S can be separated. It is.
  • the 90-degree hybrid elements 41 and 42 are a kind of interference circuit, and each of the input signal light Sig and the local oscillation light Lo is bifurcated, and the bifurcated local oscillation light Lo is 90% as a relative phase difference of the light wave.
  • This is a circuit that mixes one branched signal light Sig and local oscillation light Lo, and the other branched two signal light Sig and local oscillation light Lo after giving a phase difference of degree.
  • the optical waveguide device 100 described above is an example of an embodiment of the present invention.
  • a Y-branch waveguide is a 1 ⁇ 2 MMI coupler
  • a directional coupler is a 2 ⁇ 2 MMI coupler, and the like. Can be changed as appropriate. Therefore, in the following description, only the periphery of the slit S is extracted.
  • FIG. 2 is a view showing a state in which a wave plate is inserted into the slit of the optical waveguide element.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the cross-sectional structure of the optical waveguide element in the transverse direction of the optical waveguide, and
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the cross-sectional structure of the optical waveguide element in the optical waveguide direction.
  • the optical waveguide device 100 includes a substrate 101 made of silicon (Si), quartz (SiO 2 ), or the like, a clad 102 made of a quartz glass material formed on the substrate 101, and the clad And a core 103 having a refractive index higher than that of the clad 102 formed in the core 102.
  • the core 103 has a configuration substantially corresponding to an optical waveguide in the optical waveguide device 100, and the solid line shown in FIG. 1 indicates the position of the core 103. That is, here, the optical waveguide refers to a structure in which light is guided by the core 103 formed in the clad 102 and having a refractive index higher than that of the clad 102.
  • the slit S is formed transverse to the core 103.
  • the slit S is formed transverse to the waveguide. Therefore, the light guided through the waveguide is transmitted through the wave plate 104 inserted into the slit S.
  • the wave plate 104 for example, an appropriate one such as a half wave plate or a quarter wave plate can be selected and used according to the purpose.
  • the wave plate 104 may be, for example, a wave plate made of polyimide, or a wave plate made of photonic crystal.
  • the clad 102 formed on the substrate 101 is divided into a lower clad 102a and an upper clad 102b.
  • the difference between the lower clad 102 a and the upper clad 102 b is divided into a clad 102 closer to the substrate 101 than the core 103 and other clads 102. This distinction is for distinguishing the clad 102 formed at different stages in the manufacturing process.
  • the slit S is formed to a depth that reaches the substrate 101. That is, the depth of the slit S is a depth that penetrates the upper clad 102b, the core 103, and the lower clad 102a.
  • the slit S is formed by dry etching, the upper clad 102b, the core 103, and the lower clad 102a can be etched in the same process, and the productivity is good.
  • the slit S up to a depth including a part of the substrate 101 can also be formed.
  • an etching gas such as carbon tetrafluoride (CF 6 )
  • the silicon substrate 101 is sulfur hexafluoride (SF 6 ) or the like.
  • Etching with an etching gas of when quartz is used as the material of the substrate 101, the slit S up to a depth including a part of the substrate 101 can be formed in the same process without changing the etching gas. If the depth of the slit S is deep enough to include a part of the substrate 101, the wave plate 104 inserted into the slit S becomes more stable.
  • a preferable material for doping the core 103 will be described.
  • zirconia (ZrO 2 ), germania (GeO 2 ), or the like may be doped into the quartz glass material.
  • zirconia zirconia
  • germania GeO 2
  • nc1 represents the maximum refractive index of the core
  • nc represents the refractive index of the cladding.
  • Table 1 summarizes dopant candidates other than zirconia.
  • niobium oxide (Nb 2 O 5 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), titanium oxide (TiO 2 ), zirconia (ZrO 2 ), and hafnium oxide (HfO 2 ) are composed of germania (GeO).
  • the refractive index is higher than 2 ), but the linear thermal expansion coefficient is small and the melting point is high.
  • niobium oxide, tantalum oxide, titanium oxide, zirconia, or hafnium oxide as a core dopant in terms of contributing to downsizing of the optical waveguide device, the new problem described in detail below is required. Will occur.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a slit portion formed by a conventional slit forming method
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a state in which a wave plate is inserted into the slit portion formed by a conventional slit forming method.
  • the dry etching proceeds in the direction of the arrow in the figure, so that the bottom surface of the core 203 has a lower side.
  • the material of the clad 202 remains as a residue 202a.
  • the material of the clad 202 becomes the residue 202a, but the depth of the slit S is the depth including a part of the substrate 201. In this case, the material of the substrate 201 becomes a residue.
  • the wave plate 204 when the wave plate 204 is inserted into the slit S in which the material of the clad 202 remains as the residue 202a, the wave plate 204 is inclined as shown in FIG. If the wave plate is inclined and mounted, the polarization extinction ratio deteriorates, and desired characteristics cannot be obtained. Further, the wave plate 204 cannot be used to the end due to, for example, chipping or in-plane characteristic variation due to manufacturing characteristics, and the effective area 204a is limited. Further, not all of the energy confined in the core 203 is confined in the core 203. Therefore, if the wave plate 204 is tilted, light is transmitted outside the effective region 204a, which affects the optical characteristics. Therefore, in the optical waveguide device of this embodiment, the slit is formed by the following method.
  • FIG. 7A, 7B, FIG. 8A, FIG. 8B, FIG. 9A, FIG. 9B, FIG. 10A, FIG. 10B, FIG. 11A, and FIG. 11B are views showing the procedure of the optical waveguide device manufacturing method according to the embodiment.
  • 7A, FIG. 8A, FIG. 9A, FIG. 10A, and FIG. 11A are top views of the optical waveguide element in the process.
  • 7B, FIG. 8B, FIG. 9B, FIG. 10B, and FIG. 11B are cross-sectional views of the portion indicated by arrow C in FIG. 7A, FIG. 8A, FIG. 9A, FIG.
  • the material layer of the lower clad 102 a and the material layer of the core 103 are sequentially laminated on the substrate 101.
  • 7A and 7B are a top view and a cross-sectional view showing a state after the material layer of the core 103 is laminated, respectively.
  • the material layer of the core 103 is laminated on one surface when viewed from above, and the substrate 101, the lower clad 102a, and the material layer of the core 103 are laminated horizontally in cross section. Is done.
  • the material of the substrate 101 is, for example, silicon or quartz, and the material of the lower clad 102a is quartz glass.
  • the material layer of the lower clad 102 a is laminated on the main plane of the substrate 101 with a thickness of 15 ⁇ m, for example.
  • the material layer of the core 103 is, for example, quartz glass containing zirconia fine particles, and is laminated on the material layer of the lower clad 102a with a thickness of 3 ⁇ m, for example. Thereafter, annealing treatment is performed, and the material layers of the lower clad 102a and the core 103 are made into transparent glass.
  • the dopant doped into the core 103 is not limited to zirconia, but has a higher refractive index than germania, such as niobium oxide, tantalum oxide, titanium oxide, and hafnium oxide, but has a low linear thermal expansion coefficient.
  • germania such as niobium oxide, tantalum oxide, titanium oxide, and hafnium oxide
  • a material having a high melting point can be used.
  • the amount of dopant to be doped is appropriately adjusted so that the relative refractive index difference is 5.5%. However, if the added amount is adjusted, the relative refractive index difference is, for example, 1. It can be 5% to 30%.
  • the material layer of the core 103 is formed into a desired optical waveguide shape by using a photolithography technique and dry etching.
  • 8A and 8B are a top view and a cross-sectional view showing a state after the core 103 is molded, respectively.
  • the width of the core 103 corresponding to the optical waveguide can be set to 3 ⁇ m, for example.
  • the material layer of the core 103 where the slit is to be formed is removed.
  • the gap between the cores 103 corresponding to the slits is defined as a width L. As shown in FIGS.
  • the core 103 in the shape of an optical waveguide is formed on the material layer of the lower clad 102a, and the portion corresponding to the slit in the core 103 has already a width. L gaps are formed.
  • the material layer of the upper clad 102 b is laminated so as to cover the material layer of the lower clad 102 a and the core 103.
  • 9A and 9B are a top view and a cross-sectional view showing a state after the upper clad 102b is laminated, respectively.
  • the material of the upper clad 102b is the same as that of the lower clad 102a, and quartz glass is used.
  • the thickness of the material layer of the upper clad 102b is, for example, 10 ⁇ m, and after the lamination, an annealing process is performed to form a transparent glass.
  • FIGS. 9A and 9B in this process state, the core 103 is buried under the upper clad 102b. Further, the portion where the slit is formed is once filled with the material of the upper clad 102b.
  • 10A and 10B are a top view and a cross-sectional view showing a state after the slit S is formed, respectively.
  • the depth of the slit S can be, for example, up to the depth of the interface between the lower clad 102 a and the substrate 101, but is preferably a depth that includes a part of the substrate 101. This is because if the depth of the slit S is deep enough to include a part of the substrate 101, the wave plate 104 inserted into the slit S is more stable.
  • the etching gas needs to be exchanged.
  • an etching gas such as carbon tetrafluoride (CF 6 ).
  • the substrate 101 may be etched with an etching gas such as sulfur hexafluoride (SF 6 ).
  • SF 6 sulfur hexafluoride
  • the slit S up to a depth including a part of the substrate 101 can be formed in the same process without changing the etching gas.
  • the width W of the slit is not less than the width L of the defined gap. This is because when the slit width is smaller than the gap width L, excessive slit loss occurs. If there is no manufacturing error, it is preferable that the width W of the slit matches the width L of the gap defined above. Therefore, it is preferable to make the difference as small as possible (for example, 1 ⁇ m or less) while the width W of the slit is not less than the width L of the gap defined above. As shown in FIGS. 10A and 10B, in this state of the process, the core 103 is exposed in the cross section of the formed slit S.
  • the width W of the slit is preferably 15 ⁇ m, but can be appropriately adjusted depending on the purpose.
  • the width W of the slit S is preferably (T + 4) ⁇ m to (T + 6) ⁇ m.
  • the same material (the lower cladding 102a and the entire length of the slit S can be used during the dry etching for forming the slit S. Since the layer of the material of the upper clad 102b can be dry-etched, variations in depth are suppressed. In other words, the residue 202a as shown in FIG.
  • the slit S shorter than the slit using the dicing saw can be formed. That is, according to the manufacturing method described above, the slits S can be formed in the region A away from the end of the optical waveguide element 100.
  • FIGS. 11A and 11B are a top view and a cross-sectional view showing a state where the wave plate 104 is inserted into the slit S, respectively.
  • the variation in depth is suppressed in the entire length of the slit S (the length in the transverse direction of the optical waveguide). Can be fixed without tilting. That is, since the light guided through the core 103 is correctly transmitted through the wave plate 104, the optical characteristics are also stabilized.
  • each component of each said embodiment combining suitably is also contained in this invention.
  • a technique for suppressing the loss of light in the slit by devising the shape of the core in the vicinity of the end face of the slit (for example, a tapered shape) is known.
  • an incident waveguide angle with respect to the slit for example, to set the waveguide angle to 8 degrees.
  • the present invention can be more suitably implemented by combining the techniques for suppressing the loss of light in these slits. Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, the broader aspect of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
  • the optical waveguide element and the method for manufacturing the optical waveguide element according to the present invention are useful for optical devices used for optical communication and the like.
  • Optical waveguide device 11 100, 200 Optical waveguide device 11, 12 Input optical waveguide 21 Variable optical attenuator 22, 32 Y-branch waveguide 23, 33 Directional coupler 24, 25, 34, 35 Arm waveguide 31 Polarization demultiplexer 41, 42 90 Hybrid element 101 substrate 102, 202 clad 102a lower clad 102b upper clad 103, 203 core 104, 204 wave plate 202a residue 204a effective area

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Abstract

光導波路に対して横断的に設けられたスリットにおける光学特性のバラツキを抑制すること。基板上に形成されたクラッドと、前記クラッド内に形成された前記クラッドよりも屈折率が高いコアとで光を導波する光導波路素子の製造方法であって、前記基板の上に前記クラッドの材料層と前記コアの材料層とを順に積層する工程と、前記積層されたコアの材料層を所望の導波路形状に成形し、かつ、スリットを形成する箇所のコアの材料層を除去する工程と、前記クラッドおよび前記コアの材料層を覆うように前記クラッドの材料層をさらに積層する工程と、前記コアの材料層が除去された箇所の前記クラッドの材料層を、ドライエッチングを用いて除去して前記スリットを形成する工程と、を有する光導波路素子の製造方法。

Description

光導波路素子および光導波路素子の製造方法
　本発明は、光導波路素子および光導波路素子の製造方法に関する。
　光通信等に用いられる光デバイスには、石英系ガラスからなる平面光波回路（Planar　Lightwave　Circuit：ＰＬＣ）を用いた光導波路素子が用いられているものがある。ＰＬＣを構成する光導波路において、屈折率を高めるドーパントとして、ジルコニアを使う技術が知られている。ジルコニアは、ゲルマニアと比較して屈折率が高く、熱膨張係数が小さい材料である。ジルコニアをドーパントとすることで、ゲルマニアをドーパントとしたＰＬＣと比較して、コアのクラッド部に対する比屈折率差を大幅に高めることが可能となる。これにより、光導波路に許容される最小曲げ半径が小さくなり、平面光波回路の小型化ないし高密度集積化を期待できる。
　また、光導波路素子において、光導波路に対して横断的にスリットが形成され、このスリットに光学フィルタが挿入される場合がある。例えば光導波路を伝搬するＴＥ偏波の光（クラッド部が形成されている基板の主表面に平行な偏波方向を有する直線偏波の光）をＴＭ偏波の光（ＴＥ偏波の光と直交する偏波方向を有する直線偏波の光）に変換する場合には、スリットに１／２波長板を挿入する構成が採用される場合がある。このとき、１／２波長板はその光学軸（高速軸または低速軸）を基板の主表面と４５°の角度を成すようにしてスリット内に設置される。このような構成の光導波路素子では、分断された光導波路のうち一方の光導波路からＴＥ偏波の光を伝搬させると、１／２波長板で偏波方向が９０°回転し、ＴＭ偏波の光となって分断された光導波路のうち他方の光導波路に入力される。同様に、一方の光導波路からＴＭ偏波の光を伝搬させると、１／２波長板でＴＥ偏波の光となって他方の光導波路に出力される。また、他方の光導波路からＴＭ偏波の光を伝搬させると、１／２波長板でＴＥ偏波の光となって一方の光導波路に入力される。
特開２０１４－１４６００４号公報
　しかしながら、高比屈折率差の光導波路を用いて回路の高密度化を実現すると、スリットの形成という観点では、主に２つの技術的課題が生じる。
　１つは、比屈折率差が高くなると、スリットにおける光の損失が増大してしまうことにある。図１２は、光導波路の比屈折率差とスリットにおける光の損失の関係の一例を示すグラフである。図１２に示すように、比屈折率差が高くなると、スリットにおける光の損失が指数的に増大してしまう。
　もう１つは、素子上に光導波路が密集していることにより、スリットを形成することが困難になることにある。従来のスリットの形成方法は、ダイシングソーを用いて光導波路素子に切れ込みを入れる方法であるが、ダイシングソーは円盤形状をしているので、光導波路の周辺まで不必要な切れ込みを形成することになる。つまり、ダイシングソーを用いてスリットを形成する場合、その周辺には他の光導波路を形成することができず、一般には、光導波路素子の端部にしかスリットを形成することができない。そこで、スリットの形成にドライエッチングを用いるという方法も考えられるが（例えば特許文献１参照）、この方法にも問題がある。
　光導波路に対して横断的なスリットをエッチングで形成する場合、光導波路のコアとクラッドとを同時にエッチングすることになるが、一般に光導波路のコアとクラッドとは、エッチングレートが異なる。その結果、クラッドのみからなる領域とコアを含む領域とで、エッチングによって形成されるスリットの深さにバラツキが生じることになる。また、高比屈折率差の光導波路においては、コアとクラッドとの材料の性質が大きく異なる傾向にあるので、高比屈折率差の光導波路では、スリットの深さのバラツキが大きくなることにもなる。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、光導波路に対して横断的に設けられたスリットにおける光学特性のバラツキを抑制することができる光導波路素子およびその製造方法を提供することにある。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る光導波路素子の製造方法は、基板上に形成されたクラッドと、前記クラッド内に形成された前記クラッドよりも屈折率が高いコアとで光を導波する光導波路素子の製造方法であって、前記基板の上に前記クラッドの材料層と前記コアの材料層とを順に積層する工程と、前記積層されたコアの材料層を所望の導波路形状に成形し、かつ、スリットを形成する箇所のコアの材料層を除去する工程と、前記クラッドおよび前記コア材料層を覆うように前記クラッドの材料層をさらに積層する工程と、前記コアの材料層が除去された箇所の前記クラッドの材料層を、ドライエッチングを用いて除去して前記スリットを形成する工程と、を有することを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光導波路素子の製造方法は、上記の発明において、前記コアの材料層は、石英系ガラスにゲルマニア（ＧｅＯ2）よりも屈折率が高く、線熱膨張率が小さく、かつ融点が高いドーパントをドープしたものであることを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光導波路素子の製造方法は、上記の発明において、前記コアの材料層は、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、および酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）のうち１つをドープしたものであることを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光導波路素子の製造方法は、上記の発明において、前記コアの材料層が除去された間隙の幅をＬとし、前記スリットの幅をＷとしたときに、Ｗ≧Ｌを満たすことを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光導波路素子の製造方法は、上記の発明において、前記基板の材料は、石英（ＳｉＯ2）であることを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光導波路素子の製造方法は、上記の発明において、前記スリットに波長板を挿入する工程をさらに有することを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光導波路素子は、基板上に形成されたクラッドと、前記クラッド内に形成された前記クラッドよりも屈折率が高いコアと、前記コアに対して横断的に形成されたスリットと、を備えた光導波路素子であって、前記スリットに対応する箇所のコアの間隙の幅が、前記スリットの幅よりも小さいことを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光導波路素子は、上記の発明において、前記スリットに対応する箇所のコアの間隙の幅と前記スリットの幅との差が１μｍ以下であることを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光導波路素子は、基板上に形成されたクラッドと、前記クラッド内に形成された前記クラッドよりも屈折率が高いコアと、前記コアに対して横断的に形成されたスリットと、を備えた光導波路素子であって、前記コアの材料層は、石英系ガラスにゲルマニア（ＧｅＯ2）よりも屈折率が高く、線熱膨張率が小さく、かつ融点が高いドーパントをドープしたものであり、前記スリットは、前記光導波路素子の端部から離れた領域に形成されていることを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光導波路素子は、上記の発明において、前記コアの材料層は、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、および酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）のうち１つをドープしたものであることを特徴とする。
　また、本発明の一態様に係る光導波路素子は、上記の発明において、前記基板の材料は、石英（ＳｉＯ2）であることを特徴とする。
　また、本発明の一態様に係る光導波路素子は、上記の発明において、前記スリットと前記光導波路素子の端部との間には他の光導波路が存在していることを特徴とする。
　本発明に係る光導波路素子およびその製造方法は、光導波路に対して横断的に設けられたスリットにおける光学特性のバラツキを抑制することができるという効果を奏する。
図１は、実施形態に係る光導波路素子の模式的な平面図である。 図２は、光導波路素子のスリットに波長板が挿入された状態を示す図である。 図３は、光導波路の横断方向における光導波路素子の断面構造の例を示す図である。 図４は、光導波路方向における光導波路素子の断面構造の例を示す図である。 図５は、従来のスリット形成方法で形成されたスリット部分の断面図である。 図６は、従来のスリット形成方法で形成されたスリット部分に波長板を挿入した状態の断面図である。 図７Ａは、コアの材料層まで積層後の状態を示す上視面図である。 図７Ｂは、コアの材料層まで積層後の状態を示す断面図である。 図８Ａは、コアの成形後の状態を示す上視面図である。 図８Ｂは、コアの成形後の状態を示す断面図である。 図９Ａは、上部クラッドの積層後の状態を示す上視面図である。 図９Ｂは、上部クラッドの積層後の状態を示す断面図である。 図１０Ａは、スリットの形成後の状態を示す上視面図である。 図１０Ｂは、スリットの形成後の状態を示す断面図である。 図１１Ａは、スリットに波長板を挿入した状態を示す上視面図である。 図１１Ｂは、スリットに波長板を挿入した状態を示す断面図である。 図１２は、光導波路の比屈折率差とスリットにおける光の損失の関係の一例を示すグラフである。
　以下に、図面を参照して本発明に係る光導波路素子およびその製造方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の寸法の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
（光導波路素子の実施形態）
　図１は、実施形態に係る光導波路素子の模式的な平面図である。図１に示される光導波路素子は、石英系ガラス材料からなるＰＬＣ型の光導波路素子であり、コヒーレントミキサとして使用することを想定した構成例である。図１に示される光導波路素子の構成は、後に詳述するスリット構造を適用する好適な構成例である。
　すなわち、図１に示す光導波路素子１００は、端部から離れた領域ＡにスリットＳが形成されている。しかも、領域Ａは、他の光導波路に囲まれた位置である。つまり、ダイシングソーを用いてスリットＳを形成しようとした場合、周囲の光導波路まで傷つけてしまう可能性が生じる。
　図１に示すように、光導波路素子１００は、入力光導波路１１、１２と、可変光減衰器２１と、偏光分波器３１と、９０度ハイブリッド素子４１、４２と、Ｙ分岐光導波路５１とを備えている。また、光導波路素子１００は、領域ＡにスリットＳが設けられ、スリットの中には、後述するように波長板が挿入されている。
　信号光Ｓｉｇが入力される入力光導波路１１は、曲率の正負が逆で曲率半径が等しく、かつ弧の角度が等しい屈曲部を組み合わせたＳ字形状の屈曲部を経由して、可変光減衰器２１へ接続されている。一方、直線偏波の局所発振光Ｌｏが入力される入力光導波路１２は、曲率の正負が逆で曲率半径が等しく、かつ弧の角度が等しい屈曲部を組み合わせたＳ字形状の屈曲部を経由して、Ｙ分岐光導波路５１へ接続されている。
　可変光減衰器２１は、Ｙ分岐導波路２２と方向性結合器２３と、Ｙ分岐導波路２２から方向性結合器２３までを接続する２本のアーム導波路２４，２５とを備えるマッハツェンダ型干渉計の構成を有する。２本のアーム導波路２４，２５の上部には薄膜ヒータが設けられ、当該薄膜ヒータによってアーム導波路２４，２５が加熱し得るように構成されている。アーム導波路２４，２５の実効屈折率は、薄膜ヒータによる加熱の熱光学効果によって可変となり、可変光減衰器２１は、アーム導波路２４，２５間の光路長差を制御することができる。可変光減衰器２１は、この実効的光路長差を可変制御することにより、光の減衰率を制御可能となる。可変光減衰器２１から出力された信号光Ｓｉｇは、接続導波路を介して偏光分波器３１へ導波される。
　偏光分波器３１は、Ｙ分岐導波路３２と方向性結合器３３と、Ｙ分岐導波路３２から方向性結合器３３までを接続する２本のアーム導波路３４，３５とを備えるマッハツェンダ型干渉計の構成を有する。２本のアーム導波路３４，３５のそれぞれの途中には、スリットＳが横断的に設けられ、各スリットに１／４波長板が挿入されている。アーム導波路３４，３５に分離された信号光Ｓｉｇは、スリットに挿入されているそれぞれの１／４波長板によって偏光面が回転され、方向性結合器３３にて干渉されることによって、２つの偏波成分に分離される。そして、分離された各偏波成分の信号光Ｓｉｇは、それぞれ、９０度ハイブリッド素子４１と９０度ハイブリッド素子４２とに導波される。
　一方、Ｙ分岐光導波路５１で分岐された局所発振光Ｌｏは、それぞれが９０度ハイブリッド素子４１と９０度ハイブリッド素子４２とに接続される接続導波路に分離される。そして、９０度ハイブリッド素子４１に接続された接続導波路の途中には、スリットＳが横断的に設けられ、当該スリットには波長板が挿入されている。すなわち、局所発振光Ｌｏのうち、一方の９０度ハイブリッド素子４１に導波される方のみ、偏波面が回転される。なお、図１に示されるスリットＳは、偏光分波器３１と共有としているが、これは配置や製造の効率性の観点で共有化されており、スリットＳを分離する構成とすることも可能である。
　９０度ハイブリッド素子４１、４２は、干渉回路の一種であり、入力された信号光Ｓｉｇと局所発振光Ｌｏとをそれぞれ二分岐し、二分岐された局所発振光Ｌｏに光波の相対位相差として９０度の位相差を与えた後、二分岐された一方の信号光Ｓｉｇと局所発振光Ｌｏ、および二分岐されたもう一方の信号光Ｓｉｇと局所発振光Ｌｏをそれぞれ混合する回路である。
　以上説明した光導波路素子１００は、本発明の実施形態の一例であり、スリットＳ以外の構成については、例えば、Ｙ分岐導波路を１ｘ２ＭＭＩカプラ、方向性結合器を２ｘ２ＭＭＩカプラ等、使用用途に応じて適宜変更することができる。そこで、以下ではスリットＳの周辺のみを抜粋して説明を行う。
　図２は、光導波路素子のスリットに波長板が挿入された状態を示す図である。また、図３は、光導波路の横断方向における光導波路素子の断面構造の例を示す図であり、図４は光導波路方向における光導波路素子の断面構造の例を示す図である。
　図２に示すように、光導波路素子１００は、シリコン（Ｓｉ）や石英（ＳｉＯ2）等からなる基板１０１と、当該基板１０１上に形成された石英ガラス系材料からなるクラッド１０２と、当該クラッド１０２内に形成された、クラッド１０２よりも屈折率の高いコア１０３とを備えている。ここで、コア１０３は、光導波路素子１００において実質的に光導波路に相当する構成であり、図１に示される実線は、このコア１０３の位置を表記している。すなわち、ここで光導波路とは、クラッド１０２中に形成された、クラッド１０２よりも屈折率の高いコア１０３によって光を導波する構造をいう。
　図２に示すように、スリットＳは、コア１０３に対して横断的に形成されている。言い換えれば、スリットＳは、導波路に対して横断的に形成されている。したがって、スリットＳに挿入された波長板１０４には、導波路を導波する光が透過されることになる。波長板１０４は、例えば１／２波長板や１／４波長板など目的に応じて適切なものを選択して用いることができる。また、波長板１０４は、例えばポリイミドで作製した波長板を用いてもよいし、フォトニック結晶で作製した波長板を用いてもよい。
　図３に示すように、基板１０１上に形成されたクラッド１０２は、下部クラッド１０２ａと上部クラッド１０２ｂとに分けられる。これら下部クラッド１０２ａと上部クラッド１０２ｂとの違いは、コア１０３よりも基板１０１側のクラッド１０２と、それ以外のクラッド１０２とに分けられる。なお、この区別は、製造工程上、異なる段階で形成されるクラッド１０２を区別するためのものである。
　図４に示すように、スリットＳは、基板１０１に到達する深さに形成されている。すなわち、スリットＳの深さは上部クラッド１０２ｂとコア１０３と下部クラッド１０２ａとを貫く深さである。ドライエッチングでスリットＳを形成する際に、上部クラッド１０２ｂとコア１０３と下部クラッド１０２ａとは、同一の工程でエッチング可能であり、製造性がよい。
　なお、基板１０１の一部を含む深さまでのスリットＳを形成することもできる。たとえば、基板１０１の材料としてシリコンを用いた場合は、例えば下部クラッド１０２ａまでを四フッ化炭素（ＣＦ6）等のエッチングガスでエッチングし、シリコンの基板１０１を六フッ化硫黄（ＳＦ6）等のエッチングガスでエッチングすればよい。一方、基板１０１の材料として石英を用いた場合、エッチングガスを交換することなく、同一の工程で基板１０１の一部を含む深さまでのスリットＳを形成することができる。スリットＳの深さが基板１０１の一部を含む程度に深ければ、スリットＳに挿入する波長板１０４がより安定することになる。
　ここで、コア１０３にドープする好ましい材料について説明する。クラッド１０２よりも屈折率の高いコア１０３を得るには、例えばジルコニア（ＺｒＯ2）やゲルマニア（ＧｅＯ2）等を石英ガラス系材料にドープすればよい。特に、高比屈折率差の光導波路を得るためには、ジルコニアを用いることが好ましい。ジルコニアをドープしたコア１０３では、波長１．５５μｍにおける比屈折率差が５．５％以上となる光導波路が実現でき、光導波路素子１００における光導波路の密度を高くすることができるからである。なお、光導波路のクラッドに対するコアの比屈折率差Δは、下式により定義される。
　　Δ＝｛（ｎc1－ｎc）／ｎc1｝×１００［％］
　ここで、ｎc1はコアの最大屈折率、ｎcはクラッドの屈折率を表す。
　ジルコニア以外のドーパントの候補について表１にまとめる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、および酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）は、ゲルマニア（ＧｅＯ2）よりも屈折率が高いが、線熱膨張率が小さくかつ融点が高い。このことは、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタン、ジルコニア、または酸化ハフニウムをコアのドーパントとして用いることは、光導波路素子の小型化に寄与する点で好ましいが、以下で詳述する新たな課題を生じることになる。
　ここで、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタン、ジルコニア、または酸化ハフニウムなど、ゲルマニアよりも屈折率が高く、線熱膨張率が小さく、かつ、融点が高い材料をコアのドーパントに用いた場合に生じる問題点を図５および図６を参照しながら説明する。図５は、従来のスリット形成方法で形成されたスリット部分の断面図であり、図６は、従来のスリット形成方法で形成されたスリット部分に波長板を挿入した状態の断面図である。
　図５に示すように、ドライエッチングを用いた従来の方法で作成された光導波路素子２００のスリットＳでは、図中矢印方向にドライエッチングが進行するので、コア２０３の箇所の下側の底面には、クラッド２０２の材料が残留物２０２ａとして残ってしまう。これは、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタン、ジルコニア、または酸化ハフニウムなど、ゲルマニアよりも屈折率が高く、線熱膨張率が小さく、かつ、融点が高い材料をコア２０３のドーパントとして用いた場合、クラッド２０２よりもコア２０３のエッチング速度が遅いため、クラッド２０２のみの領域で所望の深さまでエッチングが進行しても、コア２０３の下側では所望の深さまでエッチングが進行しなくなってしまうからである。なお、この例ではスリットＳの深さをクラッド２０２と基板２０１との界面までとしているのでクラッド２０２の材料が残留物２０２ａとなるが、スリットＳの深さを基板２０１の一部を含む深さとした場合、基板２０１の材料が残留物となる。
　このように、クラッド２０２の材料が残留物２０２ａとして残ったスリットＳに波長板２０４を挿入した場合、図６に示すように、波長板２０４が傾いてしまう。波長板が傾いて実装されると、偏波消光比が劣化してしまい、所望の特性を得ることができなくなる。また、波長板２０４は、製造の特性上、例えば、チッピングや面内の特性バラツキにより、必ずしも端まで使用することができず、有効領域２０４ａが限定される。また、コア２０３に閉じ込められる光もエネルギーの全てがコア２０３の中に閉じ込められている訳ではない。よって、波長板２０４が傾いてしまうと、有効領域２０４ａの外にも光が透過することになり、光学特性に影響を及ぼすことになってしまう。そこで、本実施形態の光導波路素子では、以下の方法でスリットを形成する。
（製造方法）
　図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａ、図９Ｂ、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１Ａ、および図１１Ｂは、実施形態に係る光導波路素子の製造方法の手順を示す図である。なお、図７Ａ、図８Ａ、図９Ａ、図１０Ａ、および図１１Ａは、当該工程中の光導波路素子の上視面図である。図７Ｂ、図８Ｂ、図９Ｂ、図１０Ｂ、および図１１Ｂはそれぞれ、図７Ａ、図８Ａ、図９Ａ、図１０Ａ、および図１１Ａにおいて矢印Ｃで示された部分の断面図である。
　実施形態に係る光導波路素子の製造方法では、最初に基板１０１上に、下部クラッド１０２ａの材料層とコア１０３の材料層を順次積層する。図７Ａおよび図７Ｂはそれぞれ、コア１０３の材料層まで積層後の状態を示す上視面および断面の図である。図７Ａおよび図７Ｂに示すように、この工程の状態では、上から見るとコア１０３の材料層が一面に積層され、断面では基板１０１、下部クラッド１０２ａ、およびコア１０３の材料層が水平に積層される。基板１０１の材料は、例えばシリコンや石英であり、下部クラッド１０２ａの材料は石英系ガラスである。下部クラッド１０２ａの材料層は、基板１０１の主平面上に例えば１５μｍの厚さで積層させる。コア１０３の材料層は、例えばジルコニアの微粒子を含む石英系ガラスであり、下部クラッド１０２ａの材料層の上に例えば３μｍの厚さで積層させる。その後、アニール処理を行い、下部クラッド１０２ａおよびコア１０３の材料層を透明ガラス化する。
　なお、上記したように、コア１０３にドープするドーパントは、ジルコニアに限らず、例えば酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタン、および酸化ハフニウム等、ゲルマニアよりも屈折率が高いが、線熱膨張率が小さくかつ融点が高い材料を用いることができる。また、ドープするドーパントの量は、本例では比屈折率差が５．５％となるように適切に調節することを想定するが、添加量を加減すれば、例えば比屈折率差を１．５％～３０％にすることができる。
　次に、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチングを用いて、所望の光導波路の形状にコア１０３の材料層を成形する。図８Ａおよび図８Ｂはそれぞれ、コア１０３の成形後の状態を示す上視面および断面の図である。光導波路に対応するコア１０３の幅は、例えば３μｍとすることができる。また、このとき、スリットを形成する箇所のコア１０３の材料層を除去しておく。なお後の説明の都合上、スリットに対応する箇所のコア１０３の間隙を幅Ｌとする。図８Ａおよび図８Ｂに示すように、この工程の状態では、下部クラッド１０２ａの材料層の上に光導波路の形状のコア１０３が形成され、当該コア１０３におけるスリットに対応する箇所には、既に幅Ｌの間隙が形成されている。
　次に、下部クラッド１０２ａおよびコア１０３の材料層を覆うように上部クラッド１０２ｂの材料層を積層する。図９Ａおよび図９Ｂはそれぞれ、上部クラッド１０２ｂの積層後の状態を示す上視面および断面の図である。上部クラッド１０２ｂの材料は、下部クラッド１０２ａと同じであり、石英系ガラスが用いられる。上部クラッド１０２ｂの材料層の厚さは、例えば１０μｍであり、積層後にアニール処理を行い透明ガラス化する。図９Ａおよび図９Ｂに示すように、この工程の状態では、コア１０３は、上部クラッド１０２ｂの下に埋没する。また、スリットを形成する箇所も一旦は、上部クラッド１０２ｂの材料によって埋められることになる。
　次に、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチングを用いて、コア１０３の材料層が除去された箇所のクラッド１０２の材料層を除去する。図１０Ａおよび図１０Ｂはそれぞれ、スリットＳの形成後の状態を示す上視面および断面の図である。スリットＳの深さは、例えば下部クラッド１０２ａと基板１０１との界面の深さまでとすることも可能であるが、基板１０１の一部を含む深さとすることがより好ましい。スリットＳの深さが基板１０１の一部を含む程度に深ければ、スリットＳに挿入する波長板１０４がより安定するからである。先述したように、基板１０１の材料としてシリコンを用いた場合、エッチングガスを交換する必要があるものの、例えば下部クラッド１０２ａまでを四フッ化炭素（ＣＦ6）等のエッチングガスでエッチングし、シリコンの基板１０１を六フッ化硫黄（ＳＦ6）等のエッチングガスでエッチングすればよい。一方、基板１０１の材料として石英を用いた場合、エッチングガスを交換することなく、同一の工程で基板１０１の一部を含む深さまでのスリットＳを形成することができる。
　そして、スリットの幅Ｗは、前記定義した間隙の幅Ｌ以上とすることが好ましい。スリットの幅が間隙の幅Ｌよりも小さい場合、余剰なスリット損失が発生してしまうからである。なお、作製誤差がないならば、スリットの幅Ｗは、前記定義した間隙の幅Ｌに一致していることが好ましい。したがって、スリットの幅Ｗが前記定義した間隙の幅Ｌ以上でありながら、その差は可能な限り小さく（たとえば、１μｍ以下）することが好ましい。図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、この工程の状態では、形成されたスリットＳの断面にコア１０３が露出することになる。
　なお、例えばスリットの幅Ｗは１５μｍとすることが好ましいが、目的に応じて適切に調節することが可能である。スリットＳに挿入する波長板の厚さをＴとすると、スリットＳの幅Ｗは（Ｔ＋４）μｍから（Ｔ＋６）μｍとすることが好ましい。
　このように、スリットＳを形成する箇所のコア１０３の材料層を事前に除去しておくと、スリットＳを形成するドライエッチングの際に、スリットＳの全長において、同一の材料（下部クラッド１０２ａおよび上部クラッド１０２ｂの材料）の層をドライエッチングすることができるので、深さにバラツキが生じることが抑制される。言い換えると、スリットＳの底面に、図５に示したような残留物２０２ａが生じることがない。
　また、上記説明した製造方法によれば、コア１０３にゲルマニア（ＧｅＯ2）よりも屈折率が高く、線熱膨張率が小さく、かつ融点が高いドーパントをドープした場合においても、ダイシングソーを用いる必要がないので、ダイシングソーを用いたスリットよりも短いスリットＳを形成することができる。すなわち、上記説明した製造方法によれば、光導波路素子１００の端部から離れた領域ＡにスリットＳを形成することができる。
　最後に、形成されたスリットＳに波長板１０４を挿入する。図１１Ａおよび図１１Ｂはそれぞれ、スリットＳに波長板１０４を挿入した状態を示す上視面および断面の図である。図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、実施形態に係る光導波路素子の製造方法では、スリットＳの全長（光導波路の横断方向の長さ）において深さのバラツキが抑制されるので、波長板１０４が傾かずに固定できる。すなわち、コア１０３を導波する光が正しく波長板１０４を透過するので、光学特性も安定する。
　以上、本発明を実施形態に基づいて説明してきたが、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上記各実施形態の各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。例えば、スリットの端面近傍におけるコアの形状を工夫することにより（例えばテーパー形状とする）、スリットにおける光の損失を抑制する技術が知られている。また、反射抑制のために、スリットに対して、入射する導波路角度を設けること、例えば導波路角度を８度とすること、も知られている。これらスリットにおける光の損失を抑制する技術を組み合わせることで、より好適に本発明を実施することが可能になる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
　以上のように、本発明に係る光導波路素子および光導波路素子の製造方法は、光通信等に用いられる光デバイスに有用である。
　１００，２００　光導波路素子
　１１，１２　入力光導波路
　２１　可変光減衰器
　２２，３２　Ｙ分岐導波路
　２３，３３　方向性結合器
　２４，２５，３４，３５　アーム導波路
　３１　偏光分波器
　４１，４２　９０度ハイブリッド素子
　１０１　基板
　１０２，２０２　クラッド
　１０２ａ　下部クラッド
　１０２ｂ　上部クラッド
　１０３，２０３　コア
　１０４，２０４　波長板
　２０２ａ　残留物
　２０４ａ　有効領域

Claims (12)

  1. 　基板上に形成されたクラッドと、前記クラッド内に形成された前記クラッドよりも屈折率が高いコアとで光を導波する光導波路素子の製造方法であって、
    　前記基板の上に前記クラッドの材料層と前記コアの材料層とを順に積層する工程と、
    　前記積層されたコアの材料層を所望の導波路形状に成形し、かつ、スリットを形成する箇所のコアの材料層を除去する工程と、
    　前記クラッドおよび前記コアの材料層を覆うように前記クラッドの材料層をさらに積層する工程と、
    　前記コアの材料層が除去された箇所の前記クラッドの材料層を、ドライエッチングを用いて除去して前記スリットを形成する工程と、
    　を有することを特徴とする光導波路素子の製造方法。
  2. 　前記コアの材料層は、石英系ガラスにゲルマニア（ＧｅＯ2）よりも屈折率が高く、線熱膨張率が小さく、かつ融点が高いドーパントをドープしたものであることを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子の製造方法。
  3. 　前記コアの材料層は、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、および酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）のうち１つをドープしたものであることを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子の製造方法。
  4. 　前記コアの材料層が除去された間隙の幅をＬとし、前記スリットの幅をＷとしたときに、Ｗ≧Ｌを満たすことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の光導波路素子の製造方法。
  5. 　前記基板の材料は、石英（ＳｉＯ2）であることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の光導波路素子の製造方法。
  6. 　前記スリットに波長板を挿入する工程をさらに有することを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の光導波路素子の製造方法。
  7. 　基板上に形成されたクラッドと、
    　前記クラッド内に形成された前記クラッドよりも屈折率が高いコアと、
    　前記コアに対して横断的に形成されたスリットと、を備えた光導波路素子であって、
    　前記スリットに対応する箇所のコアの間隙の幅が、前記スリットの幅よりも小さい
    　ことを特徴とする光導波路素子。
  8. 　前記スリットに対応する箇所のコアの間隙の幅と前記スリットの幅との差が１μｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の光導波路素子。
  9. 　基板上に形成されたクラッドと、
    　前記クラッド内に形成された前記クラッドよりも屈折率が高いコアと、
    　前記コアに対して横断的に形成されたスリットと、
    　を備えた光導波路素子であって、
    　前記コアの材料層は、石英系ガラスにゲルマニア（ＧｅＯ2）よりも屈折率が高く、線熱膨張率が小さく、かつ融点が高いドーパントをドープしたものであり、
    　前記スリットは、前記光導波路素子の端部から離れた領域に形成されている、
    　ことを特徴とする光導波路素子。
  10. 　前記コアの材料層は、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、および酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）のうち１つをドープしたものである、ことを特徴とする請求項９に記載の光導波路素子。
  11. 　前記基板の材料は、石英（ＳｉＯ2）であることを特徴とする請求項９または１０に記載の光導波路素子。
  12. 　前記スリットと前記光導波路素子の端部との間には他の光導波路が存在していることを特徴とする請求項９～１１のいずれか１項に記載の光導波路素子。
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