光デバイス
【課題】光の挿入損失について改善された光デバイスを提供する。
【解決手段】基板と、基板に形成された光を導波するための光導波路と、光導波路の両側に基板の一部が掘り下げられて形成された所定深さの凹部が形成されてリッジ部を成す光デバイスにおいて、凹部の所定深さが、当該凹部の端に向かって徐々に浅くなって形成され、光が当該凹部の端の方向に導波するにしたがって導波する光のスポットサイズが徐々に大きくなる。これにより、リッジ部と当該リッジ部と連続して形成されるプレーナ部との境界部における光の結合損失を低減する。
【解決手段】基板と、基板に形成された光を導波するための光導波路と、光導波路の両側に基板の一部が掘り下げられて形成された所定深さの凹部が形成されてリッジ部を成す光デバイスにおいて、凹部の所定深さが、当該凹部の端に向かって徐々に浅くなって形成され、光が当該凹部の端の方向に導波するにしたがって導波する光のスポットサイズが徐々に大きくなる。これにより、リッジ部と当該リッジ部と連続して形成されるプレーナ部との境界部における光の結合損失を低減する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製作性が良くかつ挿入損失が小さな光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高速、大容量の光通信システムが実用化されている。このような高速、大容量の光通信システムに組込むために求められている高速、小型、低価格、かつ高安定な光変調器を光デバイスの例として説明する。
【０００３】
このような要望に応える光変調器として、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ３）のように電界を印加することにより屈折率が変化する、いわゆる電気光学効果を有する基板（以下、ＬＮ基板と略す）に光導波路と進行波電極を形成した進行波電極型リチウムナイオベート光変調器（以下、ＬＮ光変調器と略す）がある。このＬＮ光変調器は、その優れたチャーピング特性から２．５Ｇｂｉｔ／ｓ、１０Ｇｂｉｔ／ｓの大容量光通信システムに適用されている。最近はさらに４０Ｇｂｉｔ／ｓの超大容量光通信システムにも適用が検討されている。
【０００４】
以下、従来、実用化され、又は提唱されてきたリチウムナイオベートの電気光学効果を利用したＬＮ光変調器について説明する。
【０００５】
（第１の従来技術）
特許文献１に開示された、ｚ−カットＬＮ基板を用いて構成した、いわゆるリッジ型ＬＮ光変調器を第１の従来技術の光デバイスとして図１０にその概略斜視図を示す。ここで、図１１は図１０の概略上面図であり、図１２は図１１のＡ−Ａ´線とＢ−Ｂ´線における概略断面図である。
【０００６】
ｚ−カットＬＮ基板１上に光導波路３が形成されている。この光導波路３は、金属Ｔｉを１０５０℃で約１０時間熱拡散して形成した光導波路であり、マッハツェンダ干渉系（あるいは、マッハツェンダ光導波路）を構成している。したがって、光導波路３の電気信号と光が相互作用する部位（相互作用部と言う）には２本の相互作用光導波路３ａ、３ｂ、つまりマッハツェンダ光導波路の２本のアームが形成されている。
【０００７】
この光導波路３の上面にＳｉＯ２バッファ層２が形成され、このＳｉＯ２バッファ層２の上面に導電層５を介して進行波電極４が形成されている。導電層５はｚ−カットＬＮ基板１を用いて製作したＬＮ光変調器に特有の焦電効果に起因する温度ドリフトを抑圧するための導電層であり、通常はＳｉ導電層を用いる。進行波電極４としては、１つの中心導体４ａと２つの接地導体４ｂ、４ｃを有するコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）を用いている。なお、通常、進行波電極４は貴金属材料であるＡｕにより形成されている。中心導体４ａは各種の値をとるが、多くの場合７μｍ程度であり、また、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃの間のギャップも各種の値をとるが、１５μｍ程度であることが多い。なお、説明を簡単にするために、図１０では図示した温度ドリフト抑圧のためのＳｉ導電層５を図１１や図１２においては省略している。また、以下においてもＳｉ導電層５は省略して議論する。６は高周波電気信号（あるいは、マイクロ波）の給電線であり、高周波コネクタやマイクロ波線路である。７は高周波電気信号の出力線路であり、通常電気的終端が使われるが、高周波コネクタやマイクロ波線路でも良い。
【０００８】
また、図１１のＩとして示された領域では、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃとを伝搬する高周波電気信号と２本の相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光とが相互作用するので、高周波電気信号用相互作用部と呼ばれる。
【０００９】
この第１の従来技術では、ｚ−カットＬＮ基板１をエッチングなどで掘り込むことにより、凹部９ａ、９ｂ、及び９ｃ（あるいは、リッジ部８ａ、８ｂとも言える）を形成している。ここで、１２はリッジ部（ここでは８ａ）の側壁である。
【００１０】
このリッジ構造を採ることにより、高周波電気信号（あるいは、マイクロ波）の実効屈折率（あるいは、マイクロ波実効屈折率）、特性インピーダンス、変調帯域、駆動電圧などにおいて優れた特性を実現することができる。なお、図１２では凹部９ａ、９ｂ、及び９ｃの深さ（あるいはリッジ部８ａ、８ｂの高さ）Ｈを強調して描いているが、実際には数μｍ程度の深さであり、中心導体４ａや接地導体４ｂ、４ｃの厚み数十μｍに比較するとその値は小さい。なお、凹部９ａ、９ｂ、及び９ｃの深さ（あるいはリッジ部８ａ、８ｂの高さ）Ｈは各部においてほぼ一定の値を有している。
【００１１】
次に、この第１の従来技術からなるＬＮ光変調器の動作について説明する。このＬＮ光変調器を動作させるには、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃ間にＤＣバイアス電圧と高周波電気信号とを印加する必要がある。
【００１２】
図１３に示す電圧−光出力特性はＬＮ光変調器の電圧−光出力特性であり、Ｖｂはその際のＤＣバイアス電圧である。この図１３に示すように、通常、ＤＣバイアス電圧Ｖｂは光出力特性の山と底の中点に設定される。この第１の従来技術では高周波電気信号と光とが相互作用する相互作用部ＩにＤＣバイアス電圧も印加するので、高周波電気信号の出力部に設ける不図示の電気的終端にコンデンサーを具備させることによりバイアスＴの機能を持たせる必要がある。
【００１３】
図１４は図１１において中心導体４ａや接地導体４ｂ、４ｃ、ＳｉＯ２バッファ層２、及び導電層５を省略した図である。図１４のＡ−Ａ´線、Ｂ−Ｂ´線における断面の、光導波路３ｂの近傍における断面図を、それぞれ図１５（ａ）、（ｂ）に示す。図１５（ａ）のように相互作用部Ｉではリッジ部８ａの頂部１３の幅がＷ１であり、光導波路（ここでは３ｂ）のエッジとリッジ部の側壁１２との距離が有限の値のＵとなっている。またＢ−Ｂ´線断面である図１５（ｂ）はリッジ構造を有しないプレーナ構造となっている。
【００１４】
図１６（ａ）、（ｂ）は、図１５（ａ）、（ｂ）に光導波路３ｂを伝搬する光の電界分布１４、１５を追記したものである。図１６（ａ）からわかるように光導波路３ｂを伝搬する光１４にはリッジ部の側壁１２の影響があり、水平方向により強く閉じこめられる。そのため、そのモードフィールド径（スポットサイズの２倍）ＷＲｘはプレーナ構造である図１６（ｂ）の光導波路３ｂを伝搬する光１５のモードフィールド径ＷＰｘよりも小さい。その結果、図１４に示すリッジ構造とプレーナ構造との境界部Ｃにおいて、スポットサイズの違いに起因する挿入損失の増加が生じる。そしてこのＣのような接続の境界部は光の伝搬方向に数箇所存在するので、挿入損失の増加は数ｄＢにも上ることがある。
【００１５】
（第２の従来技術）
図１７は第２の従来技術の光デバイスとしての光変調器であり、この構造は高周波電気信号が相互作用光導波路３ａ、３ｂと相互作用する高周波電気信号用相互作用部ＩＩＩと、ＤＣバイアス電圧が相互作用光導波路３ａ、３ｂに印加されるＤＣバイアス用相互作用部ＩＶを具備しており、バイアス分離型構造と呼ばれる。この構造は第１の従来技術において必要であったバイアスＴを無くすために、高周波電気信号用相互作用部ＩＩＩには不図示の電気的終端を抵抗のみ備える構成とし、ＤＣバイアスを新たに設けたＤＣバイアス用相互作用部ＩＶに印加する構造となっている。その一例が特許文献２に開示されている。
【００１６】
図１７のＤ−Ｄ´線とＥ−Ｅ´線における断面図を各々図１８（ａ）と（ｂ）に示す。ここで、前述のように４ａは中心導体、４ｂと４ｃは接地導体である。９ａ、９ｂ、及び９ｃはＤＣバイアス用相互作用部の凹部であり、リッジ部８ａ、８ｂを形成している。１１ａと１１ｂはＤＣバイアス電極である。また、前述のように１２は高周波電気信号が伝搬する高周波電気信号用相互作用部Ｉにおけるリッジ部８ａの側壁である。
【００１７】
図１９は図１７において中心導体４ａや接地導体４ｂ、４ｃ、ＳｉＯ２バッファ層２、及び導電層５を省略した図である。図１９におけるＤ−Ｄ´線、Ｅ−Ｅ´線における断面構造は、図１５（ａ）、（ｂ）に示した第１の従来技術のＡ−Ａ´線断面、Ｂ−Ｂ´線断面と同じになっている。また、図１９に示すリッジ構造とプレーナ構造の境界部Ｆにおいて、スポットサイズの違いに起因する挿入損失の増加が生じることも、第１の従来技術と同じである。
【００１８】
（第３の従来技術）
以上において説明した第１の従来技術と第２の従来技術の問題点を解決する構成として、特許文献３に開示された第３の従来技術の光デバイスとしての接続型光導波路構造体を示す。この第３の従来技術の斜視図と上面図を各々図２０と図２１に示す。この光導波路構造は、第１、２、３の光導波路１１１、１１２、１１３で構成されている。１０１は第１の光導波路である埋め込み光導波路１１１のコアで１０２はそのクラッド、１０４はＩｎＰ基板、１０５は第２の光導波路１１２のコア、１０３はコア１０１、１０５の上下に設けたクラッド、１０６は第２の光導波路１１２の左右に設けた低屈折率媒質材料からなるクラッドであり、ここでは空気としている。
【００１９】
図２１において１２０は第１の光導波路である埋め込み光導波路１１１を伝搬する光であり、そのスポットサイズは例えば４μｍと比較的大きい。一方、１２２は第２の光導波路１１２を伝搬する光であり、第２の光導波路１１２はハイメサ光導波路構造を有し、そのスポットサイズはハイメサ構造の幅により規定されるので、例えば０．７５μｍ、あるいは１μｍと小さい。
【００２０】
そのため、第１の光導波路１１１と第２の光導波路を直接接合（Ｂｕｔｔｊｏｉｎｔ）したのでは光の結合損失が大きくなってしまう。そこでこの第３の従来技術では、スポット変換を行う構成としている。１０７は第３の光導波路１１３に設けた左右のクラッドであり、クラッド１０７の幅を変化させることにより第１の光導波路のスポットサイズを第２の光導波路のスポットサイズに整合させるスポット変換光導波路の役割をしている。第３の光導波路を伝搬する光のモードフィールド径が変化する様子が伝搬する光１２１からわかる。
【００２１】
この第３の従来技術は、リッジ部における横方向のクラッドの幅を光の伝搬方向について異ならしめる構造となっている。これにより、第１および第２の従来技術で問題となっていた光の挿入損失を低減することができる。しかし、本構造はリッジ部を広く形成する必要があるので、例えば光導波路のＹ分岐の合波点（あるいは分岐点）の内側近傍など面積的に狭い領域や、ＤＱＰＳＫやＤＰ−ＱＰＳＫのように近接して形成されたアレー状の光導波路にリッジ部を形成する場合には、面積的に充分な横方向のクラッド（リッジ部の頂部）を確保することが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開平４−２８８５１８号公報
【特許文献２】特開２００８−１２２７８６号公報
【特許文献３】特許第３８７７９７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
従来技術ではリッジ部とプレーナ部を有する光デバイスにおいて、リッジ部がほぼ一定の断面構造を有しており、リッジ部の光導波路を伝搬する光とプレーナ部の光導波路を伝搬する光のモードフィールド径が大きく異なっていたので、リッジ部とプレーナ部の境界部において光の結合損失が生じていた。
【００２４】
また、リッジ部における横方向のクラッドの幅を光の伝搬方向について異ならしめる構造においては、光の挿入損失は低減できるものの、例えば光導波路のＹ分岐の合波点（あるいは分岐点）の内側近傍など面積的に狭い領域や、特に単電極構成のＤＱＰＳＫやＤＰ−ＱＰＳＫのように近接して形成されたアレー状の光導波路にリッジ部を形成する場合には面積的に充分な横方向のクラッド（リッジ部の頂部）を確保することが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の光デバイスは、基板と、前記基板に形成された光を導波するための光導波路と、前記光導波路の両側に前記基板の一部が掘り下げられて形成された所定深さの凹部が形成されてリッジ部を成す光デバイスにおいて、前記凹部の前記所定深さが、当該凹部の端に向かって徐々に浅くなって形成され、前記光が当該凹部の端の方向に導波するにしたがって当該導波する光のスポットサイズが徐々に大きくなることを特徴としている。
【００２６】
上記課題を解決するために、本発明の請求項２に記載の光デバイスは、請求項１に記載の光デバイスにおいて、前記凹部の前記所定深さが、当該凹部の端において零であることを特徴としている。
【００２７】
上記課題を解決するために、本発明の請求項３に記載の光デバイスは、請求項１に記載の光デバイスにおいて、前記凹部の端は、前記基板の端に達するとともに、所定深さを有して形成されることを特徴としている。
【００２８】
上記課題を解決するために、本発明の請求項４に記載の光デバイスは、請求項１または２に記載の光デバイスにおいて、前記光導波路がマッハツェンダ光導波路であり、Ｙ分岐導波路の分岐点または合波点に向かって前記凹部が前記徐々に浅くなって形成されていることを特徴としている。
【００２９】
上記課題を解決するために、本発明の請求項５に記載の光デバイスは、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光デバイスにおいて、前記基板がリチウムナイオベートからなることを特徴としている。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る光デバイスではリッジ部の凹部の深さ（あるいはリッジ部の高さ）をリッジ部では深く（リッジ部の高さを高く）、プレーナ部に近づくにつれて浅く（リッジ部の高さを低く）することにより、リッジ部における横方向の小さなスポットサイズを徐々に大きくすることができるので、リッジ部とプレーナ部の境界部における光の結合損失を大幅に低減することが可能となる。本発明ではリッジ部の頂部の幅を広くする必要がなく、単にリッジ部の凹部の深さ（あるいはリッジ部の高さ）を位置的に異ならしめるだけで良いので、Ｙ分岐部（合波部）の付け根やアレー状光導波路のような面積的に狭い領域においても適用可能であるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態に係わる光デバイスの概略構成を示す上面図
【図２】（ａ）図１のＪ−Ｊ´線における断面図、（ｂ）図１のＫ−Ｋ´線における断面図
【図３】本発明の実施形態の製造工程を説明する図
【図４】本発明の実施形態の製造工程を説明する図
【図５】本発明の原理を説明する図
【図６】本発明の原理を説明する図
【図７】本発明の原理を説明する図
【図８】本発明の実施形態に係る光デバイスの変形例
【図９】本発明の実施形態に係る光デバイスの別の実施形態
【図１０】第１の従来技術の光デバイスについての概略構成を示す斜視図
【図１１】第１の従来技術の光デバイスについての概略構成を示す上面図
【図１２】（ａ）図１１のＡ−Ａ´における断面図、（ｂ）図１１のＢ−Ｂ´における断面図
【図１３】光変調器の動作原理を説明する図
【図１４】第１の従来技術の光デバイスの光導波路についての概略構成を示す上面図
【図１５】（ａ）第１の従来技術の光デバイスのリッジ構造部についての断面図の拡大図、（ｂ）第１の従来技術の光デバイスのプレーナ構造部についての断面図の拡大図
【図１６】（ａ）第１の従来技術の光デバイスのリッジ部構造についての断面図の拡大図と光導波路を伝搬する光の界分布、（ｂ）第１の従来技術の光デバイスのプレーナ構造部についての断面図の拡大図と光導波路を伝搬する光の界分布
【図１７】第２の従来技術の光デバイスについての概略構成を示す上面図
【図１８】（ａ）図１７のＤ−Ｄ´における断面図、（ｂ）図１７のＥ−Ｅ´における断面図
【図１９】第２の従来技術の光デバイスの光導波路についての概略構成を示す上面図
【図２０】第３の従来技術の光デバイスについての概略構成を示す斜視図
【図２１】第３の従来技術の光デバイスの光導波路についての概略構成を示す上面図
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態について説明するが、図１０から図２１に示した従来技術と同一の符号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一の符号を持つ機能部の説明を省略する。
【００３３】
（実施形態）
図１に本発明の実施形態の光デバイスとしての光変調器の概略上面図を示す。なお、本発明の目的は光結合に起因する挿入損失の増加を抑えることであり、以下においては中心導体４ａや接地導体４ｂ、４ｃ、ＳｉＯ２バッファ層２、及び導電層５を省略して議論する。また、図２（ａ）、（ｂ）は図１のＪ−Ｊ´線、Ｋ−Ｋ´線における断面図である。
【００３４】
本実施形態は、第１及び第２の従来の技術と同様の凹部を備えたリッジ構造の光デバイス５０である。所定深さの凹部９ａ〜９ｃに加え、さらにＹ分岐の合波点（分岐点）に向かってその深さが徐々に浅くなる凹部９ａ´〜９ｃ´を備えている。ここで、凹部９ａ´〜９ｃ´の領域をスポット変換領域Ｖと、スポット変換領域Ｖの端から基板端までの領域をプレーナ領域ＶＩと定義する。
【００３５】
ここで、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ１´、Ｇ２´、Ｇ３´はリッジ部のギャップであり、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ１´、Ｈ２´、Ｈ３´は凹部の深さ（リッジ部の高さ）である。なお、図２（ａ）、（ｂ）各々においては、３箇所のリッジ部のギャップＧと凹部の深さＨを等しく図示しているが、もちろん互いに異なっていても良い。
【００３６】
本発明の重要な点は、図２（ａ）と（ｂ）において凹部の深さＨ１〜Ｈ３とＨ１´〜Ｈ３´とが互いに異なっている点（リッジ部８ａ、８ｂの高さとリッジ部８ａ´、８ｂ´の高さが互いに異なっている点）である。つまり、図１のＪ−Ｊ´線に対応する図２（ａ）では凹部の深さが深いが、Ｋ−Ｋ´線に対応する図２（ｂ）では凹部の深さが浅くなり、プレーナ型に近い構造となっている。
【００３７】
次に、本発明の製造方法と動作原理について図３〜７に基づいて説明する。図３（ａ）と（ｂ）は各々図２（ａ）と（ｂ）（つまり、各々図１内のＪ−Ｊ´線とＫ−Ｋ´線での断面図）に対応した断面である。
【００３８】
ＬＮ基板１上に、リッジ部を形成するためのドライエッチングマスク２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを形成する。ドライエッチングマスク２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄは、所定位置に向かって隣り合うマスク間におけるギャップを徐々に狭めて形成する。Ｊ−Ｊ´線断面におけるマスクギャップＧＭ１、ＧＭ２、ＧＭ３に対し、Ｋ−Ｋ´線断面におけるマスクギャップＧＭ１´、ＧＭ２´、ＧＭ３´が狭くなっている。この実施形態においては、Ｙ分岐部の合波点３ｃ（分岐点３ｄ）近傍でマスクギャップは零もしくは充分小さくなるようにしている。この状態の基板にドライエッチングを行う。
【００３９】
ドライエッチングではイオンビームが完全に垂直にはドライエッチングマスク２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄとＬＮ基板１に当たるわけではないので、エッチングの結果形成されるリッジ部の側壁（例えば１２）は傾斜する。図５に示すように（図５では例としてリッジ部８ａについてのみ図示している）、リッジ部８ａの角度は９０度ではなくその傾きθ（通常、６０〜７５度）を持つ。したがって、マスクギャップが狭ければ凹部の深さは浅く、マスクギャップが広ければ凹部の深さは深くなる。図６にマスクギャップＧＭと凹部の深さＨ（Ｈ´）との関係を示す。
【００４０】
エッチング後の態様は図４（ａ）、（ｂ）のようになる。図４（ｂ）に示すようにギャップＧＭ´（ここで、ＧＭ１´、ＧＭ２´、ＧＭ３´は互いに等しいとし、ＧＭ´とした）が狭いと、凹部の深さＨ´（ここで、Ｈ１´、Ｈ２´、Ｈ３´は互いに等しいとし、Ｈ´とした）は浅くなる。一方、図４（ａ）に示すようにギャップＧＭが広いと、凹部の深さＨは深くなる。
【００４１】
この図４（ａ）、（ｂ）の態様からドライエッチングマスク２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを除去すると、図２（ａ）、（ｂ）に示す凹部の深さが互いに異なるリッジ部を持つ光デバイスとすることができる。なお、マスクギャップＧＭ１〜ＧＭ３、ＧＭ１´〜ＧＭ３´とリッジ部のギャップＧ１〜Ｇ３、Ｇ１´〜Ｇ３´とは、各々略等しくなる場合が多い。
【００４２】
そして、図７に凹部の深さとモードフィールド径との関係図を示す。凹部の深さＨが浅い（マスクギャップＧＭが狭い）とスポットサイズは大きくなり、凹部の深さＨが零（マスクギャップＧＭが零）の場合には光導波路（３ａ、３ｂ）を伝搬する光のスポットサイズはプレーナの値と同じとなる。一方、凹部の深さＨが深い（マスクギャップＧＭが広い）場合には、光導波路を伝搬する光の横方向のスポットサイズはリッジ部の側壁により閉じ込められるので、小さくなる。
【００４３】
つまり、本発明は（図２（ａ）に示すような）所定深さを持ったリッジ構造部からプレーナ領域ＶＩへ導波する光を結合損失が少なく伝搬できるよう、凹部の端近傍においてその深さが徐々に浅くなるスポット変換領域Ｖを設けたものである。
【００４４】
このように、本発明では従来技術のようにリッジ部の頂部の幅を広くする必要がなく、単にリッジ部の凹部の深さ（リッジ部の高さ）を場所によって異ならしめるだけで良いので、光導波路のＹ分岐部（合波部）の分岐点３ｃ（合波点３ｄ）やアレー状光導波路のような面積的に狭い領域においても適用可能であるという利点がある。
【００４５】
なお、スポット変換領域Ｖは上記で説明した位置に限定されることはなく、例えば図８の光デバイス５１に示すように入出力光導波路の一部にまで適用してもよい。
【００４６】
（各実施形態）
本発明は面積的に狭い領域でもリッジ構造部とプレーナ構造部との間の効率的な光のスポットサイズ変換を可能とする特徴がある。本発明の思想は、リッジ構造部とプレーナ構造部との境界において、凹部の深さが徐々に浅くなるスポット変換領域を有するものである。したがって、例えば全ての光導波路がリッジ構造であっても、一部の凹部の深さが浅く、当該浅い領域のスポットサイズが完全なリッジ構造部のスポットサイズよりも大きい場合には、本発明の思想に属することになる。
【００４７】
また、本発明はマッハツェンダ光導波路型の光デバイスのみでなく、１本の光導波路の光デバイスにも適用可能であることはいうまでもない。図９は本発明を適用した光デバイス６０の上面図である。光デバイス６０は、光導波路３が形成された基板１´上に所定深さの凹部９ｄ、９ｅを備え、上記実施形態同様、９ｄと９ｅに延びて徐々に浅くなった凹部９ｄ´と９ｅ´からなるスポット変換領域Ｖを備えている。
【００４８】
また、本発明はバイアス分離型の光変調器にも適用可能である。また本発明は電極構造に依存せず、ＣＰＷ構造や非対称コプレーナストリップ（ＡＣＰＳ）構造、あるいは対称コプレーナストリップ（ＣＰＳ）構造など、各種の電極構造について成り立つことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００４９】
１、１´：ｚ−カットＬＮ基板（ＬＮ基板）
２：ＳｉＯ２バッファ層（バッファ層）
３：マッハツェンダ光導波路（光導波路）
３ａ、３ｂ：マッハツェンダ光導波路を構成する相互作用光導波路
３ｃ、３ｄ：Ｙ分岐の合波点、分岐点
４：進行波電極
４ａ：中心導体
４ｂ、４ｃ：接地導体
５：Ｓｉ導電層
６：高周波電気信号給電線
７：高周波電気信号出力線
８ａ、８ｂ：高周波電気信号用相互作用部Ｉにおけるリッジ部
８ａ´、８ｂ´：スポット変換領域Ｖにおけるリッジ部
９ａ、９ｂ、９ｃ：高周波電気信号用相互作用部Ｉにおける凹部
９ｄ、９ｅ：凹部
９ａ´、９ｂ´、９ｃ´、９ｄ´、９ｅ´：スポット変換領域Ｖにおける凹部
１１ａ、１１ｂ：ＤＣバイアス電極
１２：リッジ部の側壁
１３：リッジ部の頂部
１４、１５：光の電界分布
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ：ドライエッチングマスク
５０、５１、６０：光デバイス
１０１：第１の光導波路のコア
１０２：第１の光導波路のクラッド
１０３：上下のクラッッド
１０４：ＩｎＰ基板
１０５：第２の光導波路のコア
１０６：第２の光導波路の左右のクラッド
１０７：第３の光導波路の左右のクラッド
１１１：第１の光導波路
１１２：第２の光導波路
１１３：第３の光導波路
１２０、１２１、１２２：光の界分布
Ｉ、ＩＩＩ：高周波電気信号用相互作用部
ＩＶ：ＤＣバイアス用相互作用部
Ｖ：スポット変換領域
ＶＩ：プレーナ領域
Ｃ、Ｆ：リッジ構造部とプレーナ構造部との境界部
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３：リッジ部のギャップ
Ｇ１´、Ｇ２´、Ｇ３´：スポット変換領域Ｖのリッジ部のギャップ
ＧＭ１、ＧＭ２、ＧＭ３：マスクギャップ
ＧＭ１´、ＧＭ２´、ＧＭ３´：スポット変換領域Ｖのマスクギャップ
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３：リッジ構造部の凹部の深さ（リッジ部の高さ）
Ｈ１´、Ｈ２´、Ｈ３´：スポット変換領域Ｖの凹部の深さ（リッジ部の高さ）
Ｕ：相互作用光導波路とリッジ部側壁との距離
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製作性が良くかつ挿入損失が小さな光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高速、大容量の光通信システムが実用化されている。このような高速、大容量の光通信システムに組込むために求められている高速、小型、低価格、かつ高安定な光変調器を光デバイスの例として説明する。
【０００３】
このような要望に応える光変調器として、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ３）のように電界を印加することにより屈折率が変化する、いわゆる電気光学効果を有する基板（以下、ＬＮ基板と略す）に光導波路と進行波電極を形成した進行波電極型リチウムナイオベート光変調器（以下、ＬＮ光変調器と略す）がある。このＬＮ光変調器は、その優れたチャーピング特性から２．５Ｇｂｉｔ／ｓ、１０Ｇｂｉｔ／ｓの大容量光通信システムに適用されている。最近はさらに４０Ｇｂｉｔ／ｓの超大容量光通信システムにも適用が検討されている。
【０００４】
以下、従来、実用化され、又は提唱されてきたリチウムナイオベートの電気光学効果を利用したＬＮ光変調器について説明する。
【０００５】
（第１の従来技術）
特許文献１に開示された、ｚ−カットＬＮ基板を用いて構成した、いわゆるリッジ型ＬＮ光変調器を第１の従来技術の光デバイスとして図１０にその概略斜視図を示す。ここで、図１１は図１０の概略上面図であり、図１２は図１１のＡ−Ａ´線とＢ−Ｂ´線における概略断面図である。
【０００６】
ｚ−カットＬＮ基板１上に光導波路３が形成されている。この光導波路３は、金属Ｔｉを１０５０℃で約１０時間熱拡散して形成した光導波路であり、マッハツェンダ干渉系（あるいは、マッハツェンダ光導波路）を構成している。したがって、光導波路３の電気信号と光が相互作用する部位（相互作用部と言う）には２本の相互作用光導波路３ａ、３ｂ、つまりマッハツェンダ光導波路の２本のアームが形成されている。
【０００７】
この光導波路３の上面にＳｉＯ２バッファ層２が形成され、このＳｉＯ２バッファ層２の上面に導電層５を介して進行波電極４が形成されている。導電層５はｚ−カットＬＮ基板１を用いて製作したＬＮ光変調器に特有の焦電効果に起因する温度ドリフトを抑圧するための導電層であり、通常はＳｉ導電層を用いる。進行波電極４としては、１つの中心導体４ａと２つの接地導体４ｂ、４ｃを有するコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）を用いている。なお、通常、進行波電極４は貴金属材料であるＡｕにより形成されている。中心導体４ａは各種の値をとるが、多くの場合７μｍ程度であり、また、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃの間のギャップも各種の値をとるが、１５μｍ程度であることが多い。なお、説明を簡単にするために、図１０では図示した温度ドリフト抑圧のためのＳｉ導電層５を図１１や図１２においては省略している。また、以下においてもＳｉ導電層５は省略して議論する。６は高周波電気信号（あるいは、マイクロ波）の給電線であり、高周波コネクタやマイクロ波線路である。７は高周波電気信号の出力線路であり、通常電気的終端が使われるが、高周波コネクタやマイクロ波線路でも良い。
【０００８】
また、図１１のＩとして示された領域では、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃとを伝搬する高周波電気信号と２本の相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光とが相互作用するので、高周波電気信号用相互作用部と呼ばれる。
【０００９】
この第１の従来技術では、ｚ−カットＬＮ基板１をエッチングなどで掘り込むことにより、凹部９ａ、９ｂ、及び９ｃ（あるいは、リッジ部８ａ、８ｂとも言える）を形成している。ここで、１２はリッジ部（ここでは８ａ）の側壁である。
【００１０】
このリッジ構造を採ることにより、高周波電気信号（あるいは、マイクロ波）の実効屈折率（あるいは、マイクロ波実効屈折率）、特性インピーダンス、変調帯域、駆動電圧などにおいて優れた特性を実現することができる。なお、図１２では凹部９ａ、９ｂ、及び９ｃの深さ（あるいはリッジ部８ａ、８ｂの高さ）Ｈを強調して描いているが、実際には数μｍ程度の深さであり、中心導体４ａや接地導体４ｂ、４ｃの厚み数十μｍに比較するとその値は小さい。なお、凹部９ａ、９ｂ、及び９ｃの深さ（あるいはリッジ部８ａ、８ｂの高さ）Ｈは各部においてほぼ一定の値を有している。
【００１１】
次に、この第１の従来技術からなるＬＮ光変調器の動作について説明する。このＬＮ光変調器を動作させるには、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃ間にＤＣバイアス電圧と高周波電気信号とを印加する必要がある。
【００１２】
図１３に示す電圧−光出力特性はＬＮ光変調器の電圧−光出力特性であり、Ｖｂはその際のＤＣバイアス電圧である。この図１３に示すように、通常、ＤＣバイアス電圧Ｖｂは光出力特性の山と底の中点に設定される。この第１の従来技術では高周波電気信号と光とが相互作用する相互作用部ＩにＤＣバイアス電圧も印加するので、高周波電気信号の出力部に設ける不図示の電気的終端にコンデンサーを具備させることによりバイアスＴの機能を持たせる必要がある。
【００１３】
図１４は図１１において中心導体４ａや接地導体４ｂ、４ｃ、ＳｉＯ２バッファ層２、及び導電層５を省略した図である。図１４のＡ−Ａ´線、Ｂ−Ｂ´線における断面の、光導波路３ｂの近傍における断面図を、それぞれ図１５（ａ）、（ｂ）に示す。図１５（ａ）のように相互作用部Ｉではリッジ部８ａの頂部１３の幅がＷ１であり、光導波路（ここでは３ｂ）のエッジとリッジ部の側壁１２との距離が有限の値のＵとなっている。またＢ−Ｂ´線断面である図１５（ｂ）はリッジ構造を有しないプレーナ構造となっている。
【００１４】
図１６（ａ）、（ｂ）は、図１５（ａ）、（ｂ）に光導波路３ｂを伝搬する光の電界分布１４、１５を追記したものである。図１６（ａ）からわかるように光導波路３ｂを伝搬する光１４にはリッジ部の側壁１２の影響があり、水平方向により強く閉じこめられる。そのため、そのモードフィールド径（スポットサイズの２倍）ＷＲｘはプレーナ構造である図１６（ｂ）の光導波路３ｂを伝搬する光１５のモードフィールド径ＷＰｘよりも小さい。その結果、図１４に示すリッジ構造とプレーナ構造との境界部Ｃにおいて、スポットサイズの違いに起因する挿入損失の増加が生じる。そしてこのＣのような接続の境界部は光の伝搬方向に数箇所存在するので、挿入損失の増加は数ｄＢにも上ることがある。
【００１５】
（第２の従来技術）
図１７は第２の従来技術の光デバイスとしての光変調器であり、この構造は高周波電気信号が相互作用光導波路３ａ、３ｂと相互作用する高周波電気信号用相互作用部ＩＩＩと、ＤＣバイアス電圧が相互作用光導波路３ａ、３ｂに印加されるＤＣバイアス用相互作用部ＩＶを具備しており、バイアス分離型構造と呼ばれる。この構造は第１の従来技術において必要であったバイアスＴを無くすために、高周波電気信号用相互作用部ＩＩＩには不図示の電気的終端を抵抗のみ備える構成とし、ＤＣバイアスを新たに設けたＤＣバイアス用相互作用部ＩＶに印加する構造となっている。その一例が特許文献２に開示されている。
【００１６】
図１７のＤ−Ｄ´線とＥ−Ｅ´線における断面図を各々図１８（ａ）と（ｂ）に示す。ここで、前述のように４ａは中心導体、４ｂと４ｃは接地導体である。９ａ、９ｂ、及び９ｃはＤＣバイアス用相互作用部の凹部であり、リッジ部８ａ、８ｂを形成している。１１ａと１１ｂはＤＣバイアス電極である。また、前述のように１２は高周波電気信号が伝搬する高周波電気信号用相互作用部Ｉにおけるリッジ部８ａの側壁である。
【００１７】
図１９は図１７において中心導体４ａや接地導体４ｂ、４ｃ、ＳｉＯ２バッファ層２、及び導電層５を省略した図である。図１９におけるＤ−Ｄ´線、Ｅ−Ｅ´線における断面構造は、図１５（ａ）、（ｂ）に示した第１の従来技術のＡ−Ａ´線断面、Ｂ−Ｂ´線断面と同じになっている。また、図１９に示すリッジ構造とプレーナ構造の境界部Ｆにおいて、スポットサイズの違いに起因する挿入損失の増加が生じることも、第１の従来技術と同じである。
【００１８】
（第３の従来技術）
以上において説明した第１の従来技術と第２の従来技術の問題点を解決する構成として、特許文献３に開示された第３の従来技術の光デバイスとしての接続型光導波路構造体を示す。この第３の従来技術の斜視図と上面図を各々図２０と図２１に示す。この光導波路構造は、第１、２、３の光導波路１１１、１１２、１１３で構成されている。１０１は第１の光導波路である埋め込み光導波路１１１のコアで１０２はそのクラッド、１０４はＩｎＰ基板、１０５は第２の光導波路１１２のコア、１０３はコア１０１、１０５の上下に設けたクラッド、１０６は第２の光導波路１１２の左右に設けた低屈折率媒質材料からなるクラッドであり、ここでは空気としている。
【００１９】
図２１において１２０は第１の光導波路である埋め込み光導波路１１１を伝搬する光であり、そのスポットサイズは例えば４μｍと比較的大きい。一方、１２２は第２の光導波路１１２を伝搬する光であり、第２の光導波路１１２はハイメサ光導波路構造を有し、そのスポットサイズはハイメサ構造の幅により規定されるので、例えば０．７５μｍ、あるいは１μｍと小さい。
【００２０】
そのため、第１の光導波路１１１と第２の光導波路を直接接合（Ｂｕｔｔｊｏｉｎｔ）したのでは光の結合損失が大きくなってしまう。そこでこの第３の従来技術では、スポット変換を行う構成としている。１０７は第３の光導波路１１３に設けた左右のクラッドであり、クラッド１０７の幅を変化させることにより第１の光導波路のスポットサイズを第２の光導波路のスポットサイズに整合させるスポット変換光導波路の役割をしている。第３の光導波路を伝搬する光のモードフィールド径が変化する様子が伝搬する光１２１からわかる。
【００２１】
この第３の従来技術は、リッジ部における横方向のクラッドの幅を光の伝搬方向について異ならしめる構造となっている。これにより、第１および第２の従来技術で問題となっていた光の挿入損失を低減することができる。しかし、本構造はリッジ部を広く形成する必要があるので、例えば光導波路のＹ分岐の合波点（あるいは分岐点）の内側近傍など面積的に狭い領域や、ＤＱＰＳＫやＤＰ−ＱＰＳＫのように近接して形成されたアレー状の光導波路にリッジ部を形成する場合には、面積的に充分な横方向のクラッド（リッジ部の頂部）を確保することが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開平４−２８８５１８号公報
【特許文献２】特開２００８−１２２７８６号公報
【特許文献３】特許第３８７７９７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
従来技術ではリッジ部とプレーナ部を有する光デバイスにおいて、リッジ部がほぼ一定の断面構造を有しており、リッジ部の光導波路を伝搬する光とプレーナ部の光導波路を伝搬する光のモードフィールド径が大きく異なっていたので、リッジ部とプレーナ部の境界部において光の結合損失が生じていた。
【００２４】
また、リッジ部における横方向のクラッドの幅を光の伝搬方向について異ならしめる構造においては、光の挿入損失は低減できるものの、例えば光導波路のＹ分岐の合波点（あるいは分岐点）の内側近傍など面積的に狭い領域や、特に単電極構成のＤＱＰＳＫやＤＰ−ＱＰＳＫのように近接して形成されたアレー状の光導波路にリッジ部を形成する場合には面積的に充分な横方向のクラッド（リッジ部の頂部）を確保することが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の光デバイスは、基板と、前記基板に形成された光を導波するための光導波路と、前記光導波路の両側に前記基板の一部が掘り下げられて形成された所定深さの凹部が形成されてリッジ部を成す光デバイスにおいて、前記凹部の前記所定深さが、当該凹部の端に向かって徐々に浅くなって形成され、前記光が当該凹部の端の方向に導波するにしたがって当該導波する光のスポットサイズが徐々に大きくなることを特徴としている。
【００２６】
上記課題を解決するために、本発明の請求項２に記載の光デバイスは、請求項１に記載の光デバイスにおいて、前記凹部の前記所定深さが、当該凹部の端において零であることを特徴としている。
【００２７】
上記課題を解決するために、本発明の請求項３に記載の光デバイスは、請求項１に記載の光デバイスにおいて、前記凹部の端は、前記基板の端に達するとともに、所定深さを有して形成されることを特徴としている。
【００２８】
上記課題を解決するために、本発明の請求項４に記載の光デバイスは、請求項１または２に記載の光デバイスにおいて、前記光導波路がマッハツェンダ光導波路であり、Ｙ分岐導波路の分岐点または合波点に向かって前記凹部が前記徐々に浅くなって形成されていることを特徴としている。
【００２９】
上記課題を解決するために、本発明の請求項５に記載の光デバイスは、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光デバイスにおいて、前記基板がリチウムナイオベートからなることを特徴としている。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る光デバイスではリッジ部の凹部の深さ（あるいはリッジ部の高さ）をリッジ部では深く（リッジ部の高さを高く）、プレーナ部に近づくにつれて浅く（リッジ部の高さを低く）することにより、リッジ部における横方向の小さなスポットサイズを徐々に大きくすることができるので、リッジ部とプレーナ部の境界部における光の結合損失を大幅に低減することが可能となる。本発明ではリッジ部の頂部の幅を広くする必要がなく、単にリッジ部の凹部の深さ（あるいはリッジ部の高さ）を位置的に異ならしめるだけで良いので、Ｙ分岐部（合波部）の付け根やアレー状光導波路のような面積的に狭い領域においても適用可能であるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態に係わる光デバイスの概略構成を示す上面図
【図２】（ａ）図１のＪ−Ｊ´線における断面図、（ｂ）図１のＫ−Ｋ´線における断面図
【図３】本発明の実施形態の製造工程を説明する図
【図４】本発明の実施形態の製造工程を説明する図
【図５】本発明の原理を説明する図
【図６】本発明の原理を説明する図
【図７】本発明の原理を説明する図
【図８】本発明の実施形態に係る光デバイスの変形例
【図９】本発明の実施形態に係る光デバイスの別の実施形態
【図１０】第１の従来技術の光デバイスについての概略構成を示す斜視図
【図１１】第１の従来技術の光デバイスについての概略構成を示す上面図
【図１２】（ａ）図１１のＡ−Ａ´における断面図、（ｂ）図１１のＢ−Ｂ´における断面図
【図１３】光変調器の動作原理を説明する図
【図１４】第１の従来技術の光デバイスの光導波路についての概略構成を示す上面図
【図１５】（ａ）第１の従来技術の光デバイスのリッジ構造部についての断面図の拡大図、（ｂ）第１の従来技術の光デバイスのプレーナ構造部についての断面図の拡大図
【図１６】（ａ）第１の従来技術の光デバイスのリッジ部構造についての断面図の拡大図と光導波路を伝搬する光の界分布、（ｂ）第１の従来技術の光デバイスのプレーナ構造部についての断面図の拡大図と光導波路を伝搬する光の界分布
【図１７】第２の従来技術の光デバイスについての概略構成を示す上面図
【図１８】（ａ）図１７のＤ−Ｄ´における断面図、（ｂ）図１７のＥ−Ｅ´における断面図
【図１９】第２の従来技術の光デバイスの光導波路についての概略構成を示す上面図
【図２０】第３の従来技術の光デバイスについての概略構成を示す斜視図
【図２１】第３の従来技術の光デバイスの光導波路についての概略構成を示す上面図
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態について説明するが、図１０から図２１に示した従来技術と同一の符号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一の符号を持つ機能部の説明を省略する。
【００３３】
（実施形態）
図１に本発明の実施形態の光デバイスとしての光変調器の概略上面図を示す。なお、本発明の目的は光結合に起因する挿入損失の増加を抑えることであり、以下においては中心導体４ａや接地導体４ｂ、４ｃ、ＳｉＯ２バッファ層２、及び導電層５を省略して議論する。また、図２（ａ）、（ｂ）は図１のＪ−Ｊ´線、Ｋ−Ｋ´線における断面図である。
【００３４】
本実施形態は、第１及び第２の従来の技術と同様の凹部を備えたリッジ構造の光デバイス５０である。所定深さの凹部９ａ〜９ｃに加え、さらにＹ分岐の合波点（分岐点）に向かってその深さが徐々に浅くなる凹部９ａ´〜９ｃ´を備えている。ここで、凹部９ａ´〜９ｃ´の領域をスポット変換領域Ｖと、スポット変換領域Ｖの端から基板端までの領域をプレーナ領域ＶＩと定義する。
【００３５】
ここで、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ１´、Ｇ２´、Ｇ３´はリッジ部のギャップであり、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ１´、Ｈ２´、Ｈ３´は凹部の深さ（リッジ部の高さ）である。なお、図２（ａ）、（ｂ）各々においては、３箇所のリッジ部のギャップＧと凹部の深さＨを等しく図示しているが、もちろん互いに異なっていても良い。
【００３６】
本発明の重要な点は、図２（ａ）と（ｂ）において凹部の深さＨ１〜Ｈ３とＨ１´〜Ｈ３´とが互いに異なっている点（リッジ部８ａ、８ｂの高さとリッジ部８ａ´、８ｂ´の高さが互いに異なっている点）である。つまり、図１のＪ−Ｊ´線に対応する図２（ａ）では凹部の深さが深いが、Ｋ−Ｋ´線に対応する図２（ｂ）では凹部の深さが浅くなり、プレーナ型に近い構造となっている。
【００３７】
次に、本発明の製造方法と動作原理について図３〜７に基づいて説明する。図３（ａ）と（ｂ）は各々図２（ａ）と（ｂ）（つまり、各々図１内のＪ−Ｊ´線とＫ−Ｋ´線での断面図）に対応した断面である。
【００３８】
ＬＮ基板１上に、リッジ部を形成するためのドライエッチングマスク２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを形成する。ドライエッチングマスク２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄは、所定位置に向かって隣り合うマスク間におけるギャップを徐々に狭めて形成する。Ｊ−Ｊ´線断面におけるマスクギャップＧＭ１、ＧＭ２、ＧＭ３に対し、Ｋ−Ｋ´線断面におけるマスクギャップＧＭ１´、ＧＭ２´、ＧＭ３´が狭くなっている。この実施形態においては、Ｙ分岐部の合波点３ｃ（分岐点３ｄ）近傍でマスクギャップは零もしくは充分小さくなるようにしている。この状態の基板にドライエッチングを行う。
【００３９】
ドライエッチングではイオンビームが完全に垂直にはドライエッチングマスク２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄとＬＮ基板１に当たるわけではないので、エッチングの結果形成されるリッジ部の側壁（例えば１２）は傾斜する。図５に示すように（図５では例としてリッジ部８ａについてのみ図示している）、リッジ部８ａの角度は９０度ではなくその傾きθ（通常、６０〜７５度）を持つ。したがって、マスクギャップが狭ければ凹部の深さは浅く、マスクギャップが広ければ凹部の深さは深くなる。図６にマスクギャップＧＭと凹部の深さＨ（Ｈ´）との関係を示す。
【００４０】
エッチング後の態様は図４（ａ）、（ｂ）のようになる。図４（ｂ）に示すようにギャップＧＭ´（ここで、ＧＭ１´、ＧＭ２´、ＧＭ３´は互いに等しいとし、ＧＭ´とした）が狭いと、凹部の深さＨ´（ここで、Ｈ１´、Ｈ２´、Ｈ３´は互いに等しいとし、Ｈ´とした）は浅くなる。一方、図４（ａ）に示すようにギャップＧＭが広いと、凹部の深さＨは深くなる。
【００４１】
この図４（ａ）、（ｂ）の態様からドライエッチングマスク２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを除去すると、図２（ａ）、（ｂ）に示す凹部の深さが互いに異なるリッジ部を持つ光デバイスとすることができる。なお、マスクギャップＧＭ１〜ＧＭ３、ＧＭ１´〜ＧＭ３´とリッジ部のギャップＧ１〜Ｇ３、Ｇ１´〜Ｇ３´とは、各々略等しくなる場合が多い。
【００４２】
そして、図７に凹部の深さとモードフィールド径との関係図を示す。凹部の深さＨが浅い（マスクギャップＧＭが狭い）とスポットサイズは大きくなり、凹部の深さＨが零（マスクギャップＧＭが零）の場合には光導波路（３ａ、３ｂ）を伝搬する光のスポットサイズはプレーナの値と同じとなる。一方、凹部の深さＨが深い（マスクギャップＧＭが広い）場合には、光導波路を伝搬する光の横方向のスポットサイズはリッジ部の側壁により閉じ込められるので、小さくなる。
【００４３】
つまり、本発明は（図２（ａ）に示すような）所定深さを持ったリッジ構造部からプレーナ領域ＶＩへ導波する光を結合損失が少なく伝搬できるよう、凹部の端近傍においてその深さが徐々に浅くなるスポット変換領域Ｖを設けたものである。
【００４４】
このように、本発明では従来技術のようにリッジ部の頂部の幅を広くする必要がなく、単にリッジ部の凹部の深さ（リッジ部の高さ）を場所によって異ならしめるだけで良いので、光導波路のＹ分岐部（合波部）の分岐点３ｃ（合波点３ｄ）やアレー状光導波路のような面積的に狭い領域においても適用可能であるという利点がある。
【００４５】
なお、スポット変換領域Ｖは上記で説明した位置に限定されることはなく、例えば図８の光デバイス５１に示すように入出力光導波路の一部にまで適用してもよい。
【００４６】
（各実施形態）
本発明は面積的に狭い領域でもリッジ構造部とプレーナ構造部との間の効率的な光のスポットサイズ変換を可能とする特徴がある。本発明の思想は、リッジ構造部とプレーナ構造部との境界において、凹部の深さが徐々に浅くなるスポット変換領域を有するものである。したがって、例えば全ての光導波路がリッジ構造であっても、一部の凹部の深さが浅く、当該浅い領域のスポットサイズが完全なリッジ構造部のスポットサイズよりも大きい場合には、本発明の思想に属することになる。
【００４７】
また、本発明はマッハツェンダ光導波路型の光デバイスのみでなく、１本の光導波路の光デバイスにも適用可能であることはいうまでもない。図９は本発明を適用した光デバイス６０の上面図である。光デバイス６０は、光導波路３が形成された基板１´上に所定深さの凹部９ｄ、９ｅを備え、上記実施形態同様、９ｄと９ｅに延びて徐々に浅くなった凹部９ｄ´と９ｅ´からなるスポット変換領域Ｖを備えている。
【００４８】
また、本発明はバイアス分離型の光変調器にも適用可能である。また本発明は電極構造に依存せず、ＣＰＷ構造や非対称コプレーナストリップ（ＡＣＰＳ）構造、あるいは対称コプレーナストリップ（ＣＰＳ）構造など、各種の電極構造について成り立つことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００４９】
１、１´：ｚ−カットＬＮ基板（ＬＮ基板）
２：ＳｉＯ２バッファ層（バッファ層）
３：マッハツェンダ光導波路（光導波路）
３ａ、３ｂ：マッハツェンダ光導波路を構成する相互作用光導波路
３ｃ、３ｄ：Ｙ分岐の合波点、分岐点
４：進行波電極
４ａ：中心導体
４ｂ、４ｃ：接地導体
５：Ｓｉ導電層
６：高周波電気信号給電線
７：高周波電気信号出力線
８ａ、８ｂ：高周波電気信号用相互作用部Ｉにおけるリッジ部
８ａ´、８ｂ´：スポット変換領域Ｖにおけるリッジ部
９ａ、９ｂ、９ｃ：高周波電気信号用相互作用部Ｉにおける凹部
９ｄ、９ｅ：凹部
９ａ´、９ｂ´、９ｃ´、９ｄ´、９ｅ´：スポット変換領域Ｖにおける凹部
１１ａ、１１ｂ：ＤＣバイアス電極
１２：リッジ部の側壁
１３：リッジ部の頂部
１４、１５：光の電界分布
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ：ドライエッチングマスク
５０、５１、６０：光デバイス
１０１：第１の光導波路のコア
１０２：第１の光導波路のクラッド
１０３：上下のクラッッド
１０４：ＩｎＰ基板
１０５：第２の光導波路のコア
１０６：第２の光導波路の左右のクラッド
１０７：第３の光導波路の左右のクラッド
１１１：第１の光導波路
１１２：第２の光導波路
１１３：第３の光導波路
１２０、１２１、１２２：光の界分布
Ｉ、ＩＩＩ：高周波電気信号用相互作用部
ＩＶ：ＤＣバイアス用相互作用部
Ｖ：スポット変換領域
ＶＩ：プレーナ領域
Ｃ、Ｆ：リッジ構造部とプレーナ構造部との境界部
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３：リッジ部のギャップ
Ｇ１´、Ｇ２´、Ｇ３´：スポット変換領域Ｖのリッジ部のギャップ
ＧＭ１、ＧＭ２、ＧＭ３：マスクギャップ
ＧＭ１´、ＧＭ２´、ＧＭ３´：スポット変換領域Ｖのマスクギャップ
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３：リッジ構造部の凹部の深さ（リッジ部の高さ）
Ｈ１´、Ｈ２´、Ｈ３´：スポット変換領域Ｖの凹部の深さ（リッジ部の高さ）
Ｕ：相互作用光導波路とリッジ部側壁との距離
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板に形成された光を導波するための光導波路と、前記光導波路の両側に前記基板の一部が掘り下げられて形成された所定深さの凹部が形成されてリッジ部を成す光デバイスにおいて、
前記凹部の前記所定深さが、当該凹部の端に向かって徐々に浅くなって形成され、前記光が当該凹部の端の方向に導波するにしたがって当該導波する光のスポットサイズが徐々に大きくなることを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
前記凹部の前記所定深さが、当該凹部の端において零であることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項３】
前記凹部の端は、前記基板の端に達するとともに、所定深さを有して形成されることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項４】
前記光導波路がマッハツェンダ光導波路であり、Ｙ分岐導波路の分岐点または合波点に向かって前記凹部が前記徐々に浅くなって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光デバイス。
【請求項５】
前記基板がリチウムナイオベートからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光変調器。
【請求項１】
基板と、前記基板に形成された光を導波するための光導波路と、前記光導波路の両側に前記基板の一部が掘り下げられて形成された所定深さの凹部が形成されてリッジ部を成す光デバイスにおいて、
前記凹部の前記所定深さが、当該凹部の端に向かって徐々に浅くなって形成され、前記光が当該凹部の端の方向に導波するにしたがって当該導波する光のスポットサイズが徐々に大きくなることを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
前記凹部の前記所定深さが、当該凹部の端において零であることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項３】
前記凹部の端は、前記基板の端に達するとともに、所定深さを有して形成されることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項４】
前記光導波路がマッハツェンダ光導波路であり、Ｙ分岐導波路の分岐点または合波点に向かって前記凹部が前記徐々に浅くなって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光デバイス。
【請求項５】
前記基板がリチウムナイオベートからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光変調器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１２−１４５６９６（Ｐ２０１２−１４５６９６Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３０５９（Ｐ２０１１−３０５９）
【出願日】平成２３年１月１１日（２０１１．１．１１）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１１日（２０１１．１．１１）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
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