光導波回路
【課題】光導波路にＴＯ効果を低消費電力で発現できるとともに、光導波路の偏波保持特性の低下を抑制できること。
【解決手段】本発明の一態様にかかる光導波回路は、基板上に形成されたクラッド層と、クラッド層内に形成された光導波路と、クラッド層の上部であって光導波路の上方に形成され、光導波路を加熱するヒータとを備える。クラッド層は、光導波路の両側方に、この光導波路の延伸方向に沿って形成された溝領域を有する。この溝領域には、クラッド層の上面に平行であって光導波路の延伸方向に垂直な方向に向けて、少なくとも光導波路の側面に至る深さの溝部と中実部とが交互に形成される。この中実部は、この垂直な方向に溝領域の両端をつなぐように連続する。
【解決手段】本発明の一態様にかかる光導波回路は、基板上に形成されたクラッド層と、クラッド層内に形成された光導波路と、クラッド層の上部であって光導波路の上方に形成され、光導波路を加熱するヒータとを備える。クラッド層は、光導波路の両側方に、この光導波路の延伸方向に沿って形成された溝領域を有する。この溝領域には、クラッド層の上面に平行であって光導波路の延伸方向に垂直な方向に向けて、少なくとも光導波路の側面に至る深さの溝部と中実部とが交互に形成される。この中実部は、この垂直な方向に溝領域の両端をつなぐように連続する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、平面光波回路（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＰＬＣ）のチップ内の導波路によってマッハツェンダー干渉計（Ｍａｃｈ−Ｚｅｎｄｅｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ：ＭＺＩ）を構成し、このＭＺＩを用いて遅延回路を構成した光導波回路が使用されている。例えば、差動四値位相変調（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ＤＱＰＳＫ）信号を受信する１ビット遅延干渉計、または光の強度を自在に変化させる可変光減衰器等が、ＭＺＩを用いて実現される。
【０００３】
これらの光部品において、ＭＺＩのアーム光導波路上にマイクロヒータを搭載し、このマイクロヒータに印加する電流量を制御して発熱量を変化させ、これによって、１ビット遅延干渉計のＦＳＲ（Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ）や可変光減衰器の光分岐比をアクティブに制御することが行われている。なお、これらの制御は、マイクロヒータの発熱量を変化させて発生する熱光学（Ｔｈｅｒｍｏ Ｏｐｔｉｃ：ＴＯ）効果によってガラスの屈折率を変化させることにより、各特性を変化させるものである。
【０００４】
一方、省電力化の観点からは、マイクロヒータに印加する電流量を可能な限り少なくして、上述した制御を行えることが望ましい。これを実現するために、光導波路の両側方のクラッド層に断熱溝を形成する技術が開示されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００５】
この特許文献１，２では、ヒータが搭載された光導波路の両側方に断熱溝を形成し、この断熱溝によって、ヒータから発した熱がクラッド層等に拡散することを抑制している。この結果、光導波路のコア部の温度を効率的に高められることから、低消費電力でＴＯ効果を発現させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−４３４２号公報
【特許文献２】特開２００４−１０１９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、光導波回路においては、光導波路を伝搬する光の偏波状態が伝搬時に変化しないことを要求される場合がある。この場合、伝搬光の偏波状態を保持する光学特性（以下、偏波保持特性という）を高めた光導波回路が要望される。しかしながら、上述した従来技術では、断熱溝の形成によって光導波路の偏波保持特性が低下するという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光導波路にＴＯ効果を低消費電力で発現できるとともに、光導波路の偏波保持特性の低下を抑制することができる光導波回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる光導波回路は、基板上に形成されたクラッド層と、前記クラッド層内に形成された光導波路と、前記クラッド層の上部であって前記光導波路の上方に形成され、前記光導波路を加熱するヒータと、を備え、前記クラッド層は、前記光導波路の両側方に、前記光導波路の延伸方向に沿って形成された溝領域を有し、前記溝領域には、前記クラッド層の上面に平行であって前記光導波路の延伸方向に垂直な方向に向けて、少なくとも前記光導波路の側面に至る深さの溝部と中実部とが交互に形成され、前記溝部は、前記垂直な方向に複数列形成され、前記中実部は、前記垂直な方向に前記溝領域の両端をつなぐように連続することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる光導波回路は、上記の発明において、複数の前記溝部の各断面積は、前記光導波路を含み且つ前記クラッド層に平行な面で前記溝領域を切断した場合、前記光導波路から離隔するに伴って増加することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる光導波回路は、上記の発明において、前記中実部は、格子形状に形成されたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる光導波回路は、上記の発明において、前記中実部は、蜂の巣形状に形成されたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる光導波回路は、基板上に形成されたクラッド層と、前記クラッド層内に形成された光導波路と、前記クラッド層の上部であって前記光導波路の上方に形成され、前記光導波路を加熱するヒータと、を備え、前記クラッド層は、前記光導波路の両側方に前記光導波路の延伸方向に沿って形成され、少なくとも前記光導波路の側面に至る深さの溝部を少なくとも一つ含む溝領域を有し、前記光導波路を含み且つ前記クラッド層の上面に平行な面で前記溝部を切断した場合の前記溝部の断面積は、前記光導波路から離隔するに伴って増加することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかる光導波回路は、上記の発明において、前記溝領域は、複数の前記溝部を含み、複数の前記溝部の各断面積は、前記光導波路を含み且つ前記クラッド層の上面に平行な面で前記溝領域を切断した場合、前記光導波路から離隔するに伴って増加することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかる光導波回路は、上記の発明において、前記クラッド層の熱伝導率に比して低い熱伝導率を有する物質、または前記クラッド層の熱膨張率以上の熱膨張率を有する物質で前記溝部が埋められていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明にかかる光導波回路は、光導波路にＴＯ効果を低消費電力で発現できるとともに、光導波路の偏波保持特性の低下を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる光導波回路を適用した半導体レーザモジュールの一構成例を示す概略的な模式図である。
【図２】図２は、本実施の形態１にかかる光導波回路に形成されたＭＺＩ素子の一構成例を示す模式図である。
【図３】図３は、図２に示すＭＺＩ素子のＡ−Ａ線要部断面模式図である。
【図４】図４は、図２に示すＭＺＩ素子のＢ−Ｂ線要部断面模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２にかかる光導波回路に形成されたＭＺＩ素子の一構成例を示す模式図である。
【図６】図６は、図５に示すＭＺＩ素子の断面構造および溝構造を示す模式図である。
【図７】図７は、光導波路からの離隔変位に伴う副溝部の断面積の変化を説明する模式図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態１にかかる光導波回路の溝領域の変形例１を示す模式図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態１にかかる光導波回路の溝領域の変形例２を示す模式図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態１にかかる光導波回路の溝領域の変形例３を示す模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態２にかかる光導波回路の溝領域の変形例１を示す模式図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態２にかかる光導波回路の溝領域の変形例２を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明にかかる光導波回路の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各層の厚みと幅との関係、各層の比率などは、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。以下、本発明にかかる光導波回路の一例として、波長可変レーザモジュール等の半導体レーザモジュールに適用された光導波回路を例示して説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１にかかる光導波回路が適用された半導体レーザモジュールの構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかる光導波回路を適用した半導体レーザモジュールの一構成例を示す概略的な模式図である。図１に示すように、この実施の形態１にかかる半導体レーザモジュール１は、半導体レーザ部２と、光選択素子部３と、増幅部４とを備える。
【００２０】
半導体レーザ部２は、半導体レーザ基板２０と、半導体レーザ基板２０上に形成された半導体レーザアレイ２１とを備える。半導体レーザアレイ２１は、各々異なる波長のレーザ光を端面から出射するストライプ形状の複数（本実施の形態１では１６個）の単一縦モード半導体レーザ素子（以下、半導体レーザ素子と略記する）２２を備える。
【００２１】
半導体レーザ素子２２は、ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ＦｅｅｄＢａｃｋ）レーザ素子（分布帰還型レーザ素子）であり、素子温度を調整することによって、その発振波長を制御することができる。
【００２２】
具体的には、各半導体レーザ素子２２は、例えば３〜４ｎｍ程度の範囲内で発振波長を変化させることができ、各半導体レーザ素子２２の発振波長が３〜４ｎｍ程度の間隔で並ぶように各半導体レーザ素子２２の発振波長が設計されている。これによって、半導体レーザアレイ２１は、駆動する半導体レーザ素子２２を切り替えるとともに素子温度を制御することによって、単体の半導体レーザ素子よりも広帯域な連続した波長帯域のレーザ光を出射することができる。
【００２３】
なお、ＷＤＭ通信用の波長帯域全体（例えば１．５３〜１．５６μｍのＣバンドまたは１．５７〜１．６１μｍのＬバンド）をカバーするためには、たとえば、それぞれ３〜４ｎｍの範囲内で発振波長を変化させることが可能な１０個以上の半導体レーザ素子２２を集積する。これにより、３０ｎｍ以上の波長帯域に亘って半導体レーザ素子２２の発振波長を変化させることができる。
【００２４】
光選択素子部３は、本発明の実施の形態１にかかる光導波回路の一例であり、ＰＬＣ３０内に光導波路等を形成して実現される。具体的には、光選択素子部３は、光導波路３１，３３，３５，３７と、ＭＺＩ素子３２，３４，３６とを備える。
【００２５】
光導波路３１は、複数の半導体レーザ素子２２から出射されたレーザ光をＭＺＩ素子３２に導く。ＭＺＩ素子３２は、互いに隣接する２つの光導波路３１に光学的に結合され、２つの光導波路３１から導かれたレーザ光を低損失で合波して出力するような波長特性を有する。光導波路３３は、ＭＺＩ素子３２から出力されたレーザ光をＭＺＩ素子３４に導く。
【００２６】
ＭＺＩ素子３４は、光導波路３３に光学的に結合され、光導波路３３から導かれたレーザ光を低損失で合波して出力するような波長特性を有する。光導波路３５は、ＭＺＩ素子３４から出力されたレーザ光をＭＺＩ素子３６に導く。ＭＺＩ素子３６は、光導波路３５に光学的に結合され、光導波路３５から導かれたレーザ光を低損失で合波して出力するような波長特性を有する。光導波路３７は、ＭＺＩ素子３６から低損失で合波して出力されたレーザ光を増幅部４に導く。
【００２７】
このように、光選択素子部３は、１６入力，１出力のＰＬＣ３０からなるＭＺＩ型の光選択素子によって構成され、複数（実施の形態１では１６個）の半導体レーザ素子２２から出射されたレーザ光を低損失で合波して出力する。
【００２８】
増幅部４は、増幅器基板４０と、増幅器基板４０上に形成された半導体光増幅器４１とを備える。半導体光増幅器４１は、光導波路３７によって導かれたレーザ光を増幅し、増幅されたレーザ光を出力端側に出射する。
【００２９】
つぎに、本実施の形態１にかかる光導波回路に形成されたＭＺＩ素子３２の構成について詳細に説明する。なお、残りのＭＺＩ素子３４，３６は、ＭＺＩ素子３２と同様の構成を有するため、ＭＺＩ素子３２の構成を代表して説明し、ＭＺＩ素子３４，３６の説明は省略する。
【００３０】
図２は、本実施の形態１にかかる光導波回路に形成されたＭＺＩ素子の一構成例を示す模式図である。図３は、図２に示すＭＺＩ素子のＡ−Ａ線要部断面模式図である。図４は、図２に示すＭＺＩ素子のＢ−Ｂ線要部断面模式図である。
【００３１】
図２〜図４に示すように、ＭＺＩ素子３２は、例えばシリコンからなる基板１０の上に形成されたクラッド層１１と、クラッド層１１内に形成された光導波路１２，１３と、光導波路１２，１３を各々加熱するヒータ１４，１５と、光導波路１２，１３の延伸方向に沿って光導波路の両側方に形成された溝領域１６〜１９とを有する。
【００３２】
クラッド層１１は、基板１０上に形成された石英系ガラス材料からなる層である。クラッド層１１は、光導波路１２の両側方に、光導波路１２の延伸方向に沿って形成された溝領域１６，１７を有する。また、クラッド層１１は、光導波路１３の両側方に、光導波路１３の延伸方向に沿って形成された溝領域１８，１９を有する。
【００３３】
光導波路１２，１３は、ＭＺＩ素子３２の一対のアーム光導波路であり、クラッド層１１に比して屈折率の高いコア部で構成される。なお、図３、図４では、このコア部によって構成されるアーム光導波路である光導波路１２，１３の断面が図示されている。
【００３４】
ヒータ１４は、クラッド層１１の上部であって光導波路１２の上方に形成され、光導波路１２を加熱する。また、ヒータ１５は、クラッド層１１の上部であって光導波路１３の上方に形成され、光導波路１３を加熱する。これらのヒータ１４，１５は、例えばタンタル（Ｔａ）系材料等のヒータ材料からなる薄膜ヒータであり、光導波路１２，１３にＴＯ効果を発現させてＭＺＩ素子３２の波長特性を調整するためのものである。
【００３５】
溝領域１６には、クラッド層１１の上面に平行であって光導波路１２の延伸方向に垂直な方向に向けて、少なくとも光導波路１２の側面に至る深さの溝部１６ａとガラス部１６ｂとが交互に形成される。同様に、溝領域１７には、クラッド層１１の上面に平行であって光導波路１２の延伸方向に垂直な方向に向けて、少なくとも光導波路１２の側面に至る深さの溝部１７ａとガラス部１７ｂとが交互に形成される。
【００３６】
溝領域１８には、クラッド層１１の上面に平行であって光導波路１３の延伸方向に垂直な方向に向けて、少なくとも光導波路１３の側面に至る深さの溝部１８ａとガラス部１８ｂとが交互に形成される。同様に、溝領域１９には、クラッド層１１の上面に平行であって光導波路１３の延伸方向に垂直な方向に向けて、少なくとも光導波路１３の側面に至る深さの溝部１９ａとガラス部１９ｂとが交互に形成される。
【００３７】
溝部１６ａ，１７ａは、各溝領域１６，１７において、クラッド層１１上面に平行であって光導波路１２の延伸方向に垂直な方向に複数列形成され、溝部１８ａ，１９ａは、各溝領域１８，１９において、クラッド層１１上面に平行であって光導波路１３の延伸方向に垂直な方向に複数列形成される。
【００３８】
具体的には、図２〜図４に示すように、クラッド層１１の上面に平行であって光導波路１２の延伸方向に垂直な方向の軸としてＸ軸を設定した場合、光導波路１２からＸ軸方向に溝領域１７を越えてクラッド層１１に至る領域において、溝領域１７内では溝部１７ａとガラス部１７ｂとが交互に形成されている。なお、この溝部１７ａとガラス部１７ｂとの構造は、図２に示したＸ軸の位置に限らず、光導波路１２の延伸方向の何れの位置にＸ軸を設定しても、同様に交互になっている。また、このことは、他の溝領域１６，１８，１９内の溝部１６ａ，１８ａ，１９ａとガラス部１６ｂ，１８ｂ，１９ｂにおいても同様である。
【００３９】
また、光導波路１２を含みクラッド層１１の上面に平行な面で溝領域１６，１７を切断した場合、溝部１６ａ，１７ａの断面は、図２に示すように各々四角形状である。同様に、光導波路１３を含みクラッド層１１の上面に平行な面で溝領域１８，１９を切断した場合、溝部１８ａ，１９ａの断面は、図２に示すように各々四角形状である。
【００４０】
一方、ガラス部１６ｂ〜１９ｂは、溝領域１６〜１９内に形成された中実部の一例であり、例えばクラッド層１１に溝部１６ａ〜１９ａを形成することによって形成される。
【００４１】
また、図２の破線矢印Ａｒ１に示すように、ガラス部１７ｂは、Ｘ軸方向に溝領域１７の両端をつなぐように連続する。このガラス部１７ｂの形状は、溝領域１７の全体において、図２に示すように段違いの格子形状に形成されている。なお、この溝領域両端をつなぐように連続し、且つ段違いの格子形状に形成されていることは、他のガラス部１６ｂ，１８ｂ，１９ｂについても同様である。
【００４２】
ここで、図１に示した半導体レーザモジュール１においては、光導波路の偏波保持特性の向上および波長特性の調整の低消費電力化の双方が要求される。なお、この偏波保持特性とは、光導波路が伝搬光の偏波状態を保持する光学特性であり、伝搬光の偏波状態は、偏波保持特性の向上に伴って一層保持される。
【００４３】
半導体レーザモジュール１の波長特性の調整の低消費電力化は、ＭＺＩ素子３２，３４，３６の各々について、断熱溝として機能する溝領域（例えば上述した溝領域１６〜１９）を各光導波路の両側方に形成することによって、各ヒータからの熱の拡散を抑制し、この結果、各光導波路（コア部）の温度を効率的に高めて低消費電力で各光導波路にＴＯ効果を発現できる。
【００４４】
しかしながら、従来技術（例えば特許文献１，２参照）では、ヒータからの熱がクラッド層に拡散することを抑制するために、光導波路の両側方に単なる断熱溝を形成している。このため、コア部に対して両側方から応力を加えていたクラッド層のガラスが断熱溝の形成によって除去される。この結果、光導波路に加わっていた応力が解放され、これによって、コア部の両側方から十分に応力を加えることが困難になって、光導波路の偏波保持特性を低下させる。
【００４５】
これに対して、ＭＺＩ素子３２，３４，３６の各溝領域には、図２〜図４の溝領域１６〜１９に例示したように、クラッド層の上面に平行であって光導波路の延伸方向に垂直な方向に向けて、少なくとも光導波路の側面に至る深さの溝部とガラス部とが交互に形成され、且つ、このガラス部が、この垂直な方向に溝領域の両端をつなぐように連続している。このため、光導波路に加える応力の解放が抑制される。さらに、各溝領域内のガラス部は、この垂直な方向にジグザグ（蛇行）した状態で連続している。このため、応力は光導波路の延伸方向に分散される。
【００４６】
これによって、ＭＺＩ素子３２，３４，３６の各溝領域は、上述した断熱溝としての機能を保持しつつ、これら各溝領域内のガラス部（例えばガラス部１６ｂ〜１９ｂ）によって、ＭＺＩ素子３２，３４，３６の各光導波路１２，１３に対して両側方から十分に応力を加えることができる。この結果、半導体レーザモジュール１内の各光導波路の偏波保持特性の低下を抑制でき、伝搬光の偏波状態を維持することができる。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態１では、光導波路の両側方であってこの光導波路の延伸方向に沿ってクラッド層に形成した溝領域内に、このクラッド層の上面に平行であって、この光導波路の延伸方向に垂直な方向に向けて、少なくともこの光導波路の側面に至る深さの溝部とガラス部とを交互に形成し、且つ、このガラス部が、この垂直な方向に溝領域の両端をつなぐように連続している。
【００４８】
このため、クラッド層の上部であって光導波路の上方に形成されたヒータによって、この光導波路（コア部）を効率よく加熱できるとともに、このヒータからの熱がクラッド層に意図せず拡散することを抑制しつつ、光導波路に加わっていた応力の解放を抑制できる。この結果、各光導波路の温度を効率よく高めて各光導波路にＴＯ効果を低消費電力で発現できることから、半導体レーザモジュールの波長特性の調整を低消費電力で実現できる。これとともに、各光導波路（コア部）に対して両側方から十分に応力を加えて、半導体レーザモジュール内の各光導波路の偏波保持特性の低下を抑制し、伝搬光の偏波状態を維持することができる。
【００４９】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、光導波路の両側方に形成された溝領域内に、少なくとも光導波路の側面に至る深さの溝部とガラス部とを形成し、且つ、このガラス部が、クラッド層の上面に平行であって光導波路の延伸方向に垂直な方向に溝領域の両端をつなぐように連続していたが、この実施の形態２では、溝領域内に溝部を形成し、光導波路を含み且つクラッド層の上面に平行な面でこの溝部を切断した場合、この溝部の断面積が、光導波路から離隔するに伴って増加するように構成している。
【００５０】
この実施の形態２にかかる光導波回路が適用された半導体レーザモジュールは、図１に示した半導体レーザモジュール１のＭＺＩ素子３２，３４，３６における溝領域の構造以外、半導体レーザモジュール１と同様の構成を有する。また、本実施の形態２の構成は、この溝領域の溝構造以外、実施の形態１と同じであり、以下の各図面において、同一構成部分には同一符号を付している。
【００５１】
以下、本実施の形態２にかかる光導波回路に形成されたＭＺＩ素子３２の構成について詳細に説明する。なお、残りのＭＺＩ素子３４，３６は、ＭＺＩ素子３２と同様の構成を有するため、ＭＺＩ素子３２の構成を代表して説明し、ＭＺＩ素子３４，３６の説明は省略する。
【００５２】
図５は、本発明の実施の形態２にかかる光導波回路に形成されたＭＺＩ素子の一構成例を示す模式図である。図６は、図５に示すＭＺＩ素子の断面構造および溝構造を示す模式図である。なお、図６には、図５に示すＭＺＩ素子３２の部分領域５の断面構造および溝構造が示されている。
【００５３】
図５に示すように、本実施の形態２にかかるＭＺＩ素子３２は、上述した実施の形態１の溝領域１６〜１９に代えて溝領域２６〜２９を有する。その他の構成は、実施の形態１と同じである。溝領域２６〜２９の各々は、主および副の２種類の溝部によって構成される。
【００５４】
まず、溝領域２６，２７について説明する。溝領域２６，２７は、光導波路１２の両側方に光導波路１２の延伸方向に沿って形成される。溝領域２６は、少なくとも光導波路１２の側面に至る深さを有する主溝部２６ａと複数の副溝部２６ｂとからなる。同様に、溝領域２７は、少なくとも光導波路１２の側面に至る深さを有する主溝部２７ａと複数の副溝部２７ｂとからなる。
【００５５】
主溝部２６ａ，２７ａは、光導波路１２から所定の距離だけ離れた位置に各々形成される。また、光導波路１２を含み且つクラッド層１１の上面に平行な面で主溝部２６ａ，２７ａを切断した場合、この主溝部２６ａ，２７ａの断面積は、光導波路１２から離隔する方向について一定である。すなわち、クラッド層１１に対する主溝部２６ａ，２７ａの占める割合は、光導波路１２から離隔しても一定である。
【００５６】
一方、副溝部２６ｂ，２７ｂは、各々主溝部２６ａ，２７ａの光導波路１２側の端部に形成される。また、光導波路１２を含み且つクラッド層１１の上面に平行な面で副溝部２６ｂ，２７ｂを切断した場合、副溝部２６ｂ，２７ｂは複数の三角形を主溝部２６ａ，２７ａの光導波路１２側の端部に沿って配置した形状であり、三角形の一辺を主溝部２６ａ，２７ａの端部に沿って配置し、該三角形の一辺に対向する頂点を光導波路１２に向けられるように配置している。したがって、この副溝部２６ｂ，２７ｂの断面積は、光導波路１２から離隔する方向に増加する。すなわち、クラッド層１１に対する副溝部２６ｂ，２７ｂの占める割合は、光導波路１２から離隔するに伴って増加する。
【００５７】
このような主溝部２６ａ，２７ａは、ヒータ１４から発せられた熱がクラッド層１１に拡散することを抑制する断熱溝として機能する。一方、副溝部２６ｂ，２７ｂは、主溝部２６ａ，２７ａと同様の断熱溝としての機能と、光導波路１２に加える応力の解放を抑制する機能とを兼ね備える。
【００５８】
ここで、主溝部２６ａ，２７ａと光導波路１２との各間には、光導波路１２の伝搬光の偏波状態を保持するために必要な程度のクラッド層１１が存在する。すなわち、主溝部２６ａ，２７ａと光導波路１２との各間のクラッド層１１は、副溝部２６ｂ，２７ｂが形成されていても、光導波路１２に十分な応力を加えて光導波路１２の偏波保持特性を確保する。
【００５９】
つぎに、溝領域２８，２９について説明する。溝領域２８，２９は、光導波路１３の両側方に光導波路１３の延伸方向に沿って形成される。溝領域２８は、少なくとも光導波路１３の側面に至る深さを有する主溝部２８ａと複数の副溝部２８ｂとからなる。同様に、溝領域２９は、少なくとも光導波路１２の側面に至る深さを有する主溝部２９ａと複数の副溝部２９ｂとからなる。
【００６０】
主溝部２８ａ，２９ａは、光導波路１３から所定の距離だけ離れた位置に各々形成される。また、光導波路１３を含み且つクラッド層１１の上面に平行な面で主溝部２８ａ，２９ａを切断した場合、この主溝部２８ａ，２９ａの断面積は、光導波路１３から離隔する方向について一定である。すなわち、クラッド層１１に対する主溝部２８ａ，２９ａの占める割合は、光導波路１３から離隔しても一定である。
【００６１】
一方、副溝部２８ｂ，２９ｂは、各々主溝部２８ａ，２９ａの光導波路１３側の端部に形成される。また、光導波路１３を含み且つクラッド層１１に平行な面で副溝部２８ｂ，２９ｂを切断した場合、副溝部２８ｂ，２９ｂは複数の三角形を主溝部２８ａ，２９ａの光導波路１３側の端部に沿って配置した形状であり、三角形の一辺を主溝部２８ａ，２９ａの端部に沿って配置し、該三角形の一辺に対向する頂点を光導波路１３に向けられるように配置している。したがって、この副溝部２８ｂ，２９ｂの断面積は、光導波路１３から離隔する方向に増加する。すなわち、クラッド層１１に対する副溝部２８ｂ，２９ｂの占める割合は、光導波路１３から離隔するに伴って増加する。
【００６２】
このような主溝部２８ａ，２９ａは、ヒータ１５から発せられた熱について、上述した主溝部２６ａ，２７ａと同様に機能する。また、副溝部２８ｂ，２９ｂは、光導波路１３側について、上述した副溝部２６ｂ，２７ｂと同様に機能する。
【００６３】
ここで、主溝部２８ａ，２９ａと光導波路１３との各間には、光導波路１３の伝搬光の偏波状態を保持するために必要な程度のクラッド層１１が存在する。すなわち、主溝部２８ａ，２９ａと光導波路１３との各間のクラッド層１１は、副溝部２８ｂ，２９ｂが形成されていても、光導波路１３に十分な応力を加えて光導波路１３の偏波保持特性を確保する。
【００６４】
また、上述した副溝部２６ｂ〜２９ｂ溝構造は、図６に示す副溝部２７ｂと同様に、例えば、辺部分を光導波路１２に対向させた三角柱の形状である。一方、上述した主溝部２６ａ〜２９ａの溝構造は、図６に示す主溝部２７ａと同様に、例えば矩形状であり、副溝部２６ｂ〜２９ｂに各々連続する。
【００６５】
つぎに、光導波路１２からの離隔変位に伴う副溝部２７ｂの断面積の変化について詳細に説明する。図７は、光導波路からの離隔変位に伴う副溝部の断面積の変化を説明する模式図である。なお、図７には、図５に示したＭＺＩ素子３２の部分領域５の上面図が示されている。
【００６６】
図７に示すように、光導波路１２から溝領域２７に至るまでの領域は、クラッド層１１であり、溝は形成されていない。例えば、図７に示すＸ軸方向の位置Ｘ１から位置Ｘ２の領域は、溝領域２７に到達しておらず、溝は存在しない。
【００６７】
一方、Ｘ軸方向の位置Ｘ２から位置Ｘ３の領域は、図７に示すように、副溝部２７ｂに到達している。この領域において、上述した副溝部２７ｂの断面積は、位置Ｘ２から位置Ｘ３に向けて光導波路１２から離隔するに伴って増加する。すなわち、この領域において、クラッド層１１に対する副溝部２７ｂの占める割合は、光導波路１２から離隔するに伴って増加している。
【００６８】
また、Ｘ軸方向の位置Ｘ３から位置Ｘ４の領域は、図７に示すように、上述した位置Ｘ２から位置Ｘ３の領域に比して、さらに光導波路１２から離隔変位している。この領域において、上述した副溝部２７ｂの断面積は、位置Ｘ３から位置Ｘ４に向けて光導波路１２から離隔するに伴って増加し、クラッド層１１に対する副溝部２７ｂの占める割合は、位置Ｘ２から位置Ｘ３の領域の場合に比して大きい。すなわち、この副溝部２７ｂの占める割合は、Ｘ軸方向の位置Ｘ２から位置Ｘ４に向けて光導波路１２から離隔するに伴って増加し、主溝部２７ａに達するまで、増加し続ける。なお、この副溝部２７ｂの占める割合は、主溝部２７ａに到達した位置において最大となる。
【００６９】
ここで、本実施の形態２では、ＭＺＩ素子３２，３４，３６の各光導波路の両側方に溝領域（例えば図５に示した溝領域２６〜２９）を形成して、ヒータ１４，１５に例示されるＭＺＩ素子３２，３４，３６の各ヒータからの熱がＰＬＣ３０のクラッド層１１に意図せず拡散することを抑制している。これによって、各光導波路（例えば光導波路１２，１３）の温度を効率よく高めて低消費電力で各光導波路にＴＯ効果を発現できる。この結果、本実施の形態２にかかる光導波回路を適用した半導体レーザモジュールの波長特性の調整を低消費電力で実現可能である。
【００７０】
さらに、ＭＺＩ素子３２，３４，３６の各溝領域では、図５〜図７の溝領域２７に例示したように、光導波路を含み且つクラッド層に平行な面で溝領域を切断した場合、この溝領域の光導波路側に形成された副溝部（例えば副溝部２７ｂ）の断面積が、光導波路から離隔するに伴って増加するように構成されている。
【００７１】
このため、ＭＺＩ素子３２，３４，３６の各溝領域は、クラッド層に対する副溝部の占める割合を光導波路から離隔するに伴って大きくできる。すなわち、光導波路側方におけるクラッド層の占める割合は、溝領域から光導波路に向かって変位するにつれて徐々に大きくできる。これによって、上述したヒータによる熱の拡散を抑制しつつ、クラッド層から光導波路に加える応力の解放を抑制できる。
【００７２】
この結果、半導体レーザモジュールの波長特性の調整を低消費電力で実現しつつ、光導波路と溝領域との間のクラッド層によって、ＭＺＩ素子３２，３４，３６の各光導波路１２，１３に対して両側方から十分に応力を加えることができる。
【００７３】
以上、本発明の実施の形態２では、光導波路の両側方のクラッド層に、この光導波路の延伸方向に沿って、この光導波路の側面に至る溝部を形成し、この光導波路を含み且つクラッド層に平行な面でこの溝部を切断した場合、この溝部の断面積が、この光導波路から離隔するに伴って増加するように構成した。
【００７４】
このため、クラッド層の上部であって光導波路の上方に形成されたヒータによって、この光導波路（コア部）を効率よく加熱できるとともに、このヒータからの熱がクラッド層に意図せず拡散することを抑制しつつ、クラッド層に加わっていた応力の解放を抑制できる。この結果、各光導波路の温度を効率よく高めて各光導波路にＴＯ効果を低消費電力で発現できることから、半導体レーザモジュールの波長特性の調整を低消費電力で実現できる。これとともに、各光導波路（コア部）に対して両側方から十分に応力を加えて、半導体レーザモジュール内の各光導波路の偏波保持特性の低下を抑制し、伝搬光の偏波状態を維持することができる。
【００７５】
なお、上述した実施の形態１では、光導波路の両側方の溝領域内に段違いの梯子形状のガラス部を形成していたが、これに限らず、溝領域内において、クラッド層に平行であって光導波路の延伸方向に垂直な方向に向けて、光導波路の側面に至る深さの溝部とガラス部とが交互に形成され、且つ、このガラス部が、この垂直な方向に溝領域の両端をつなぐように連続していれば、溝領域内の溝部およびガラス部の各断面形状は、所望のものであってもよい。
【００７６】
例えば図８に示すように、六角形または台形に形成された溝部５６ａと蜂の巣形状のガラス部５６ｂとからなる溝領域５６と、六角形または台形に形成された溝部５７ａと蜂の巣形状のガラス部５７ｂとからなる溝領域５７とを光導波路１２の両側方に各々形成してもよい。
【００７７】
ここで、溝部５６ａ，５７ａは、光導波路１２の側面に至る深さを有する。また、図８に示すように、溝領域５７内において、光導波路１２に垂直なＸ軸方向に向けて溝部５７ａとガラス部５７ｂとが交互に形成される。且つ、ガラス部５７ｂは、例えば破線矢印Ａｒ１に示すように、Ｘ軸方向に溝領域５７の両端をつなぐように連続している。さらに、ガラス部５７ｂは、Ｘ軸方向にジグザグした状態で連続している。この構造は、溝領域５６においても同様である。
【００７８】
この溝領域５６，５７を形成した場合も、上述した実施の形態１の場合と同様に、ヒータ１４によって光導波路１２を効率よく加熱できるとともに、ヒータ１４からの熱がクラッド層に意図せず拡散することを抑制しつつ、クラッド層に加わっていた応力の解放を抑制できる。この結果、実施の形態１と同様の作用効果を奏する。
【００７９】
なお、溝部の断面は、光導波路を含み且つクラッド層に平行な面で溝領域を切断した場合、上述したように四角形状や六角形状に限らず、三角形以上の多角形であってもよいし、楕円を含む円形状であってもよいし、その他、所望のものであってもよい。
【００８０】
また、上述した実施の形態１では、光導波路を含み且つクラッド層の上面に平行な面で溝領域を切断した場合の各溝部の断面積は、光導波路からの離隔距離が異なる場合であっても、同じ断面積にしていたが、これに限らず、これら各溝部の断面積は、光導波路から離隔するに伴って増加するように構成してもよい。
【００８１】
例えば図９に示すように、断面形状が円形状に形成された複数の溝部６６ａ，６７ａを各々含む溝領域６６，６７を光導波路１２の両側方に各々形成してもよい。溝領域６７には、Ｘ軸方向に向けて、光導波路１２の側面に至る深さの溝部６７ａとガラス部６７ｂとが交互に形成されている。また、ガラス部６７ｂは、図９の破線矢印Ａｒ１に示すように、Ｘ軸方向に溝領域６７の両端をつなぐように連続している。
【００８２】
一方、溝部６７ａは、溝領域６７内に複数形成され、各溝部６７ａの断面は、光導波路１２を含み且つクラッド層の上面に平行な面で溝領域６７を切断した場合、円形状である。これら複数の溝部６７ａは、Ｘ軸方向に複数列形成されるとともに、各溝部６７ａの断面積は、光導波路１２から離隔するに伴って増加する。なお、もう一方の溝領域６６内に形成された複数の溝部６６ａおよびガラス部６６ｂは、上述した溝部６７ａおよびガラス部６７ｂと各々同様の構造を有する。
【００８３】
このように、光導波路１２から離隔するに伴って各溝部６６ａ，６７ａの断面積を増加させている。この結果、上述した実施の形態１の場合に比して、ヒータ１４による光導波路１２の加熱を効率よく行うことができるとともに、ヒータ１４からの熱がクラッド層に意図せず拡散することを一層抑制しつつ、クラッド層に加わっていた応力の解放を一層抑制できる。さらに、溝部６６ａ，６７ａの断面形状を円形状にすることによって、溝領域６７側から光導波路１２に加える応力を均一にしている。この結果、光導波路１２の偏波保持特性を一層高めることができる。
【００８４】
また、例えば図１０に示すように、断面形状が三角形状に形成された複数の溝部７６ａ，７７ａを各々含む溝領域７６，７７を光導波路１２の両側方に各々形成してもよい。溝領域７７には、Ｘ軸方向に向けて、少なくとも光導波路１２の側面に至る深さの溝部７７ａとガラス部７７ｂとが交互に形成されている。また、ガラス部７７ｂは、図１０の破線矢印Ａｒ１に示すように、Ｘ軸方向に溝領域７７の両端をつなぐように連続している。
【００８５】
一方、溝部７７ａは、溝領域７７内に複数形成され、各溝部７７ａの断面は、光導波路１２を含み且つクラッド層の上面に平行な面で溝領域７７を切断した場合、三角形状である。これら複数の溝部７７ａは、Ｘ軸方向に複数列形成されるとともに、各溝部７７ａの断面積は、光導波路１２から離隔するに伴って増加する。なお、もう一方の溝領域７６内に形成された複数の溝部７６ａおよびガラス部７６ｂは、上述した溝部７７ａおよびガラス部７７ｂと各々同様の構造を有する。
【００８６】
このように、光導波路１２から離隔するに伴って各溝部７６ａ，７７ａの断面積を増加させている。この結果、上述した実施の形態１の場合に比して、ヒータ１４による光導波路１２の加熱を効率よく行うことができるとともに、ヒータ１４からの熱がクラッド層に意図せず拡散することを一層抑制しつつ、クラッド層に加わっていた応力の解放を一層抑制できる。
【００８７】
また、上述した実施の形態２では、溝領域の光導波路側に三角柱型の副溝部を形成していたが、これに限らず、副溝部の形状は、光導波路から離隔するに伴って副溝部の断面積が増加するような形状であれば、くさび型形状の四角柱（台形柱）であってもよいし、半円柱型であってもよい、その他、所望の形状であってもよく、複数の形状の組み合わせであってもよい。
【００８８】
例えば図１１に示すように、半円柱型に形成された複数の副溝部８６ｂ，８７ｂを各々含む溝領域８６，８７を光導波路１２の両側方に各々形成してもよい。溝領域８７は、少なくとも光導波路の側面に至る深さの主溝部８７ａおよび副溝部８７ｂからなり、副溝部８７ｂは、主溝部８７ａの光導波路１２側の端部に複数形成される。これら複数の副溝部８７ｂは、各々半円柱型であり、光導波路１２を含み且つクラッド層の上面に平行な面で切断した場合の各副溝部８７ｂの断面積は、光導波路１２から離隔するに伴って増加する。
【００８９】
すなわち、副溝部８７ｂの占める割合は、図１１に示すＸ軸方向の位置Ｘ１１から位置Ｘ１２に向けて光導波路１２から離隔するに伴って増加し、位置Ｘ１２から主溝部８７ａの端部に向けて光導波路１２から離隔するに伴って更に増加する。なお、この副溝部８７ｂの占める割合は、主溝部８７ａに到達した位置において最大となる。これ以上、光導波路１２から離隔した位置では、各副溝部８７ｂは、主溝部８７ａに連続する。
【００９０】
なお、もう一方の溝領域８６内に形成された主溝部８６ａおよび副溝部８６ｂは、上述した主溝部８７ａおよび副溝部８７ｂと各々同様の構造を有する。このように、副溝部の構造を半円柱型にした場合であっても、上述した実施の形態２の場合と同様の作用効果を奏する。
【００９１】
また、上述した実施の形態２では、主溝部の光導波路側の端部に、光導波路から離隔するに伴って断面積が増加する副溝部を形成していたが、これに限らず、溝領域の内部に、光導波路から離隔するに伴って断面積が増加する溝部を形成してもよい。
【００９２】
例えば図１２に示すように、光導波路１２から離隔するに伴って断面積が増加する扇形の溝部を有する溝領域９６，９７を光導波路１２の両側方に形成してもよい。具体的には、溝領域９７は、扇形に形成された複数の溝部９７ａとガラス部９７ｂとを有する。これら複数の溝部９７ａの各々は、光導波路１２の側面に至る深さを有し、光導波路１２から離隔するに伴って、その溝幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３が大きくなる。すなわち、溝幅Ｗ１〜Ｗ３の大小関係は、Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３である。
【００９３】
これによって、ヒータ１４による光導波路１２の加熱を効率よく行うことができるとともに、ヒータ１４からの熱がクラッド層に意図せず拡散することを抑制しつつ、クラッド層に加わっていた応力の解放を抑制できる。この結果、上述した実施の形態２の場合と同様の作用効果を奏する。
【００９４】
なお、図１２に例示したように、光導波路を含み且つクラッド層の上面に平行な面で溝領域を切断した場合に、この光導波路から離隔するに伴って断面積が増加する溝部が溝領域内に形成された溝領域において、ガラス部はＸ軸方向に溝領域の両端をつなぐように連続してもよいし、連続していなくてもよい。また、この場合の溝部は、１以上であればよく、この溝部の断面形状は、扇形に限らず、三角形以上の多角形でもよいし、楕円を含む円形状でもよい。
【００９５】
一方、上述した実施の形態１，２では、溝領域内の溝部を中空にしていたが、これに限らず、ＰＬＣを構成するガラス等のクラッド層の熱伝導率に比して低い熱伝導率やクラッド層の熱膨張率以上の熱膨張率を有する物質によって溝領域内の溝部が埋められてもよい。この場合、溝部内に埋められる物質は、エポキシ系樹脂であってもよいし、多孔質ガラスであってもよい。
【００９６】
また、上述した実施の形態１，２では、本発明にかかる光導波回路を構成する材料としては、石英系ガラスに限らず、ポリマー系材料等の他の材料であってもよい。さらに、上述した実施の形態１，２では、溝部の深さをクラッドの厚みと同じとしているが、溝部の深さは少なくとも光導波路１２の側面に至る深さがあれば本発明の作用効果を奏することができる。
【００９７】
さらに、上述した実施の形態２では、主溝部の光導波路側端部に複数の副溝部を形成していたが、これに限らず、溝領域に形成される副溝部は、１以上であればよい。また、主溝部の断面形状は、矩形状に限らず、円形状等の所望の形状であってもよい。
【００９８】
また、上述した実施の形態１，２では、本発明にかかる光導波回路の一例として半導体レーザモジュールの光選択素子部を例示したが、これに限らず、本発明にかかる光導波回路は、クラッド層の上部であって光導波路の上方に、この光導波路を加熱するためのヒータが形成された構成を有する光導波回路に適用することができる。特に、光導波路の偏波保持特性を利用する光導波回路に有用である。
【符号の説明】
【００９９】
１ 半導体レーザモジュール
２ 半導体レーザ部
３ 光選択素子部
４ 増幅部
５ 部分領域
１０ 基板
１１ クラッド層
１２，１３，３１，３３，３５，３７ 光導波路
１４，１５ ヒータ
１６〜１９，２６〜２９，５６，５７，６６，６７，７６，７７，８６，８７，９６，９７ 溝領域
１６ａ〜１９ａ，５６ａ，５７ａ，６６ａ，６７ａ，７６ａ，７７ａ，９６ａ，９７ａ 溝部
１６ｂ〜１９ｂ，５６ｂ，５７ｂ，６６ｂ，６７ｂ，７６ｂ，７７ｂ，９６ｂ，９７ｂ ガラス部
２０ 半導体レーザ基板
２１ 半導体レーザアレイ
２２ 半導体レーザ素子
２６ａ，２７ａ，８６ａ，８７ａ 主溝部
２６ｂ，２７ｂ，８６ｂ，８７ｂ 副溝部
３０ ＰＬＣ
３２，３４，３６ ＭＺＩ素子
４０ 増幅器基板
４１ 半導体光増幅器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、平面光波回路（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＰＬＣ）のチップ内の導波路によってマッハツェンダー干渉計（Ｍａｃｈ−Ｚｅｎｄｅｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ：ＭＺＩ）を構成し、このＭＺＩを用いて遅延回路を構成した光導波回路が使用されている。例えば、差動四値位相変調（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ＤＱＰＳＫ）信号を受信する１ビット遅延干渉計、または光の強度を自在に変化させる可変光減衰器等が、ＭＺＩを用いて実現される。
【０００３】
これらの光部品において、ＭＺＩのアーム光導波路上にマイクロヒータを搭載し、このマイクロヒータに印加する電流量を制御して発熱量を変化させ、これによって、１ビット遅延干渉計のＦＳＲ（Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ）や可変光減衰器の光分岐比をアクティブに制御することが行われている。なお、これらの制御は、マイクロヒータの発熱量を変化させて発生する熱光学（Ｔｈｅｒｍｏ Ｏｐｔｉｃ：ＴＯ）効果によってガラスの屈折率を変化させることにより、各特性を変化させるものである。
【０００４】
一方、省電力化の観点からは、マイクロヒータに印加する電流量を可能な限り少なくして、上述した制御を行えることが望ましい。これを実現するために、光導波路の両側方のクラッド層に断熱溝を形成する技術が開示されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００５】
この特許文献１，２では、ヒータが搭載された光導波路の両側方に断熱溝を形成し、この断熱溝によって、ヒータから発した熱がクラッド層等に拡散することを抑制している。この結果、光導波路のコア部の温度を効率的に高められることから、低消費電力でＴＯ効果を発現させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−４３４２号公報
【特許文献２】特開２００４−１０１９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、光導波回路においては、光導波路を伝搬する光の偏波状態が伝搬時に変化しないことを要求される場合がある。この場合、伝搬光の偏波状態を保持する光学特性（以下、偏波保持特性という）を高めた光導波回路が要望される。しかしながら、上述した従来技術では、断熱溝の形成によって光導波路の偏波保持特性が低下するという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光導波路にＴＯ効果を低消費電力で発現できるとともに、光導波路の偏波保持特性の低下を抑制することができる光導波回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる光導波回路は、基板上に形成されたクラッド層と、前記クラッド層内に形成された光導波路と、前記クラッド層の上部であって前記光導波路の上方に形成され、前記光導波路を加熱するヒータと、を備え、前記クラッド層は、前記光導波路の両側方に、前記光導波路の延伸方向に沿って形成された溝領域を有し、前記溝領域には、前記クラッド層の上面に平行であって前記光導波路の延伸方向に垂直な方向に向けて、少なくとも前記光導波路の側面に至る深さの溝部と中実部とが交互に形成され、前記溝部は、前記垂直な方向に複数列形成され、前記中実部は、前記垂直な方向に前記溝領域の両端をつなぐように連続することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる光導波回路は、上記の発明において、複数の前記溝部の各断面積は、前記光導波路を含み且つ前記クラッド層に平行な面で前記溝領域を切断した場合、前記光導波路から離隔するに伴って増加することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる光導波回路は、上記の発明において、前記中実部は、格子形状に形成されたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる光導波回路は、上記の発明において、前記中実部は、蜂の巣形状に形成されたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる光導波回路は、基板上に形成されたクラッド層と、前記クラッド層内に形成された光導波路と、前記クラッド層の上部であって前記光導波路の上方に形成され、前記光導波路を加熱するヒータと、を備え、前記クラッド層は、前記光導波路の両側方に前記光導波路の延伸方向に沿って形成され、少なくとも前記光導波路の側面に至る深さの溝部を少なくとも一つ含む溝領域を有し、前記光導波路を含み且つ前記クラッド層の上面に平行な面で前記溝部を切断した場合の前記溝部の断面積は、前記光導波路から離隔するに伴って増加することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかる光導波回路は、上記の発明において、前記溝領域は、複数の前記溝部を含み、複数の前記溝部の各断面積は、前記光導波路を含み且つ前記クラッド層の上面に平行な面で前記溝領域を切断した場合、前記光導波路から離隔するに伴って増加することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかる光導波回路は、上記の発明において、前記クラッド層の熱伝導率に比して低い熱伝導率を有する物質、または前記クラッド層の熱膨張率以上の熱膨張率を有する物質で前記溝部が埋められていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明にかかる光導波回路は、光導波路にＴＯ効果を低消費電力で発現できるとともに、光導波路の偏波保持特性の低下を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる光導波回路を適用した半導体レーザモジュールの一構成例を示す概略的な模式図である。
【図２】図２は、本実施の形態１にかかる光導波回路に形成されたＭＺＩ素子の一構成例を示す模式図である。
【図３】図３は、図２に示すＭＺＩ素子のＡ−Ａ線要部断面模式図である。
【図４】図４は、図２に示すＭＺＩ素子のＢ−Ｂ線要部断面模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２にかかる光導波回路に形成されたＭＺＩ素子の一構成例を示す模式図である。
【図６】図６は、図５に示すＭＺＩ素子の断面構造および溝構造を示す模式図である。
【図７】図７は、光導波路からの離隔変位に伴う副溝部の断面積の変化を説明する模式図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態１にかかる光導波回路の溝領域の変形例１を示す模式図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態１にかかる光導波回路の溝領域の変形例２を示す模式図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態１にかかる光導波回路の溝領域の変形例３を示す模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態２にかかる光導波回路の溝領域の変形例１を示す模式図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態２にかかる光導波回路の溝領域の変形例２を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明にかかる光導波回路の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各層の厚みと幅との関係、各層の比率などは、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。以下、本発明にかかる光導波回路の一例として、波長可変レーザモジュール等の半導体レーザモジュールに適用された光導波回路を例示して説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１にかかる光導波回路が適用された半導体レーザモジュールの構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかる光導波回路を適用した半導体レーザモジュールの一構成例を示す概略的な模式図である。図１に示すように、この実施の形態１にかかる半導体レーザモジュール１は、半導体レーザ部２と、光選択素子部３と、増幅部４とを備える。
【００２０】
半導体レーザ部２は、半導体レーザ基板２０と、半導体レーザ基板２０上に形成された半導体レーザアレイ２１とを備える。半導体レーザアレイ２１は、各々異なる波長のレーザ光を端面から出射するストライプ形状の複数（本実施の形態１では１６個）の単一縦モード半導体レーザ素子（以下、半導体レーザ素子と略記する）２２を備える。
【００２１】
半導体レーザ素子２２は、ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ＦｅｅｄＢａｃｋ）レーザ素子（分布帰還型レーザ素子）であり、素子温度を調整することによって、その発振波長を制御することができる。
【００２２】
具体的には、各半導体レーザ素子２２は、例えば３〜４ｎｍ程度の範囲内で発振波長を変化させることができ、各半導体レーザ素子２２の発振波長が３〜４ｎｍ程度の間隔で並ぶように各半導体レーザ素子２２の発振波長が設計されている。これによって、半導体レーザアレイ２１は、駆動する半導体レーザ素子２２を切り替えるとともに素子温度を制御することによって、単体の半導体レーザ素子よりも広帯域な連続した波長帯域のレーザ光を出射することができる。
【００２３】
なお、ＷＤＭ通信用の波長帯域全体（例えば１．５３〜１．５６μｍのＣバンドまたは１．５７〜１．６１μｍのＬバンド）をカバーするためには、たとえば、それぞれ３〜４ｎｍの範囲内で発振波長を変化させることが可能な１０個以上の半導体レーザ素子２２を集積する。これにより、３０ｎｍ以上の波長帯域に亘って半導体レーザ素子２２の発振波長を変化させることができる。
【００２４】
光選択素子部３は、本発明の実施の形態１にかかる光導波回路の一例であり、ＰＬＣ３０内に光導波路等を形成して実現される。具体的には、光選択素子部３は、光導波路３１，３３，３５，３７と、ＭＺＩ素子３２，３４，３６とを備える。
【００２５】
光導波路３１は、複数の半導体レーザ素子２２から出射されたレーザ光をＭＺＩ素子３２に導く。ＭＺＩ素子３２は、互いに隣接する２つの光導波路３１に光学的に結合され、２つの光導波路３１から導かれたレーザ光を低損失で合波して出力するような波長特性を有する。光導波路３３は、ＭＺＩ素子３２から出力されたレーザ光をＭＺＩ素子３４に導く。
【００２６】
ＭＺＩ素子３４は、光導波路３３に光学的に結合され、光導波路３３から導かれたレーザ光を低損失で合波して出力するような波長特性を有する。光導波路３５は、ＭＺＩ素子３４から出力されたレーザ光をＭＺＩ素子３６に導く。ＭＺＩ素子３６は、光導波路３５に光学的に結合され、光導波路３５から導かれたレーザ光を低損失で合波して出力するような波長特性を有する。光導波路３７は、ＭＺＩ素子３６から低損失で合波して出力されたレーザ光を増幅部４に導く。
【００２７】
このように、光選択素子部３は、１６入力，１出力のＰＬＣ３０からなるＭＺＩ型の光選択素子によって構成され、複数（実施の形態１では１６個）の半導体レーザ素子２２から出射されたレーザ光を低損失で合波して出力する。
【００２８】
増幅部４は、増幅器基板４０と、増幅器基板４０上に形成された半導体光増幅器４１とを備える。半導体光増幅器４１は、光導波路３７によって導かれたレーザ光を増幅し、増幅されたレーザ光を出力端側に出射する。
【００２９】
つぎに、本実施の形態１にかかる光導波回路に形成されたＭＺＩ素子３２の構成について詳細に説明する。なお、残りのＭＺＩ素子３４，３６は、ＭＺＩ素子３２と同様の構成を有するため、ＭＺＩ素子３２の構成を代表して説明し、ＭＺＩ素子３４，３６の説明は省略する。
【００３０】
図２は、本実施の形態１にかかる光導波回路に形成されたＭＺＩ素子の一構成例を示す模式図である。図３は、図２に示すＭＺＩ素子のＡ−Ａ線要部断面模式図である。図４は、図２に示すＭＺＩ素子のＢ−Ｂ線要部断面模式図である。
【００３１】
図２〜図４に示すように、ＭＺＩ素子３２は、例えばシリコンからなる基板１０の上に形成されたクラッド層１１と、クラッド層１１内に形成された光導波路１２，１３と、光導波路１２，１３を各々加熱するヒータ１４，１５と、光導波路１２，１３の延伸方向に沿って光導波路の両側方に形成された溝領域１６〜１９とを有する。
【００３２】
クラッド層１１は、基板１０上に形成された石英系ガラス材料からなる層である。クラッド層１１は、光導波路１２の両側方に、光導波路１２の延伸方向に沿って形成された溝領域１６，１７を有する。また、クラッド層１１は、光導波路１３の両側方に、光導波路１３の延伸方向に沿って形成された溝領域１８，１９を有する。
【００３３】
光導波路１２，１３は、ＭＺＩ素子３２の一対のアーム光導波路であり、クラッド層１１に比して屈折率の高いコア部で構成される。なお、図３、図４では、このコア部によって構成されるアーム光導波路である光導波路１２，１３の断面が図示されている。
【００３４】
ヒータ１４は、クラッド層１１の上部であって光導波路１２の上方に形成され、光導波路１２を加熱する。また、ヒータ１５は、クラッド層１１の上部であって光導波路１３の上方に形成され、光導波路１３を加熱する。これらのヒータ１４，１５は、例えばタンタル（Ｔａ）系材料等のヒータ材料からなる薄膜ヒータであり、光導波路１２，１３にＴＯ効果を発現させてＭＺＩ素子３２の波長特性を調整するためのものである。
【００３５】
溝領域１６には、クラッド層１１の上面に平行であって光導波路１２の延伸方向に垂直な方向に向けて、少なくとも光導波路１２の側面に至る深さの溝部１６ａとガラス部１６ｂとが交互に形成される。同様に、溝領域１７には、クラッド層１１の上面に平行であって光導波路１２の延伸方向に垂直な方向に向けて、少なくとも光導波路１２の側面に至る深さの溝部１７ａとガラス部１７ｂとが交互に形成される。
【００３６】
溝領域１８には、クラッド層１１の上面に平行であって光導波路１３の延伸方向に垂直な方向に向けて、少なくとも光導波路１３の側面に至る深さの溝部１８ａとガラス部１８ｂとが交互に形成される。同様に、溝領域１９には、クラッド層１１の上面に平行であって光導波路１３の延伸方向に垂直な方向に向けて、少なくとも光導波路１３の側面に至る深さの溝部１９ａとガラス部１９ｂとが交互に形成される。
【００３７】
溝部１６ａ，１７ａは、各溝領域１６，１７において、クラッド層１１上面に平行であって光導波路１２の延伸方向に垂直な方向に複数列形成され、溝部１８ａ，１９ａは、各溝領域１８，１９において、クラッド層１１上面に平行であって光導波路１３の延伸方向に垂直な方向に複数列形成される。
【００３８】
具体的には、図２〜図４に示すように、クラッド層１１の上面に平行であって光導波路１２の延伸方向に垂直な方向の軸としてＸ軸を設定した場合、光導波路１２からＸ軸方向に溝領域１７を越えてクラッド層１１に至る領域において、溝領域１７内では溝部１７ａとガラス部１７ｂとが交互に形成されている。なお、この溝部１７ａとガラス部１７ｂとの構造は、図２に示したＸ軸の位置に限らず、光導波路１２の延伸方向の何れの位置にＸ軸を設定しても、同様に交互になっている。また、このことは、他の溝領域１６，１８，１９内の溝部１６ａ，１８ａ，１９ａとガラス部１６ｂ，１８ｂ，１９ｂにおいても同様である。
【００３９】
また、光導波路１２を含みクラッド層１１の上面に平行な面で溝領域１６，１７を切断した場合、溝部１６ａ，１７ａの断面は、図２に示すように各々四角形状である。同様に、光導波路１３を含みクラッド層１１の上面に平行な面で溝領域１８，１９を切断した場合、溝部１８ａ，１９ａの断面は、図２に示すように各々四角形状である。
【００４０】
一方、ガラス部１６ｂ〜１９ｂは、溝領域１６〜１９内に形成された中実部の一例であり、例えばクラッド層１１に溝部１６ａ〜１９ａを形成することによって形成される。
【００４１】
また、図２の破線矢印Ａｒ１に示すように、ガラス部１７ｂは、Ｘ軸方向に溝領域１７の両端をつなぐように連続する。このガラス部１７ｂの形状は、溝領域１７の全体において、図２に示すように段違いの格子形状に形成されている。なお、この溝領域両端をつなぐように連続し、且つ段違いの格子形状に形成されていることは、他のガラス部１６ｂ，１８ｂ，１９ｂについても同様である。
【００４２】
ここで、図１に示した半導体レーザモジュール１においては、光導波路の偏波保持特性の向上および波長特性の調整の低消費電力化の双方が要求される。なお、この偏波保持特性とは、光導波路が伝搬光の偏波状態を保持する光学特性であり、伝搬光の偏波状態は、偏波保持特性の向上に伴って一層保持される。
【００４３】
半導体レーザモジュール１の波長特性の調整の低消費電力化は、ＭＺＩ素子３２，３４，３６の各々について、断熱溝として機能する溝領域（例えば上述した溝領域１６〜１９）を各光導波路の両側方に形成することによって、各ヒータからの熱の拡散を抑制し、この結果、各光導波路（コア部）の温度を効率的に高めて低消費電力で各光導波路にＴＯ効果を発現できる。
【００４４】
しかしながら、従来技術（例えば特許文献１，２参照）では、ヒータからの熱がクラッド層に拡散することを抑制するために、光導波路の両側方に単なる断熱溝を形成している。このため、コア部に対して両側方から応力を加えていたクラッド層のガラスが断熱溝の形成によって除去される。この結果、光導波路に加わっていた応力が解放され、これによって、コア部の両側方から十分に応力を加えることが困難になって、光導波路の偏波保持特性を低下させる。
【００４５】
これに対して、ＭＺＩ素子３２，３４，３６の各溝領域には、図２〜図４の溝領域１６〜１９に例示したように、クラッド層の上面に平行であって光導波路の延伸方向に垂直な方向に向けて、少なくとも光導波路の側面に至る深さの溝部とガラス部とが交互に形成され、且つ、このガラス部が、この垂直な方向に溝領域の両端をつなぐように連続している。このため、光導波路に加える応力の解放が抑制される。さらに、各溝領域内のガラス部は、この垂直な方向にジグザグ（蛇行）した状態で連続している。このため、応力は光導波路の延伸方向に分散される。
【００４６】
これによって、ＭＺＩ素子３２，３４，３６の各溝領域は、上述した断熱溝としての機能を保持しつつ、これら各溝領域内のガラス部（例えばガラス部１６ｂ〜１９ｂ）によって、ＭＺＩ素子３２，３４，３６の各光導波路１２，１３に対して両側方から十分に応力を加えることができる。この結果、半導体レーザモジュール１内の各光導波路の偏波保持特性の低下を抑制でき、伝搬光の偏波状態を維持することができる。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態１では、光導波路の両側方であってこの光導波路の延伸方向に沿ってクラッド層に形成した溝領域内に、このクラッド層の上面に平行であって、この光導波路の延伸方向に垂直な方向に向けて、少なくともこの光導波路の側面に至る深さの溝部とガラス部とを交互に形成し、且つ、このガラス部が、この垂直な方向に溝領域の両端をつなぐように連続している。
【００４８】
このため、クラッド層の上部であって光導波路の上方に形成されたヒータによって、この光導波路（コア部）を効率よく加熱できるとともに、このヒータからの熱がクラッド層に意図せず拡散することを抑制しつつ、光導波路に加わっていた応力の解放を抑制できる。この結果、各光導波路の温度を効率よく高めて各光導波路にＴＯ効果を低消費電力で発現できることから、半導体レーザモジュールの波長特性の調整を低消費電力で実現できる。これとともに、各光導波路（コア部）に対して両側方から十分に応力を加えて、半導体レーザモジュール内の各光導波路の偏波保持特性の低下を抑制し、伝搬光の偏波状態を維持することができる。
【００４９】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、光導波路の両側方に形成された溝領域内に、少なくとも光導波路の側面に至る深さの溝部とガラス部とを形成し、且つ、このガラス部が、クラッド層の上面に平行であって光導波路の延伸方向に垂直な方向に溝領域の両端をつなぐように連続していたが、この実施の形態２では、溝領域内に溝部を形成し、光導波路を含み且つクラッド層の上面に平行な面でこの溝部を切断した場合、この溝部の断面積が、光導波路から離隔するに伴って増加するように構成している。
【００５０】
この実施の形態２にかかる光導波回路が適用された半導体レーザモジュールは、図１に示した半導体レーザモジュール１のＭＺＩ素子３２，３４，３６における溝領域の構造以外、半導体レーザモジュール１と同様の構成を有する。また、本実施の形態２の構成は、この溝領域の溝構造以外、実施の形態１と同じであり、以下の各図面において、同一構成部分には同一符号を付している。
【００５１】
以下、本実施の形態２にかかる光導波回路に形成されたＭＺＩ素子３２の構成について詳細に説明する。なお、残りのＭＺＩ素子３４，３６は、ＭＺＩ素子３２と同様の構成を有するため、ＭＺＩ素子３２の構成を代表して説明し、ＭＺＩ素子３４，３６の説明は省略する。
【００５２】
図５は、本発明の実施の形態２にかかる光導波回路に形成されたＭＺＩ素子の一構成例を示す模式図である。図６は、図５に示すＭＺＩ素子の断面構造および溝構造を示す模式図である。なお、図６には、図５に示すＭＺＩ素子３２の部分領域５の断面構造および溝構造が示されている。
【００５３】
図５に示すように、本実施の形態２にかかるＭＺＩ素子３２は、上述した実施の形態１の溝領域１６〜１９に代えて溝領域２６〜２９を有する。その他の構成は、実施の形態１と同じである。溝領域２６〜２９の各々は、主および副の２種類の溝部によって構成される。
【００５４】
まず、溝領域２６，２７について説明する。溝領域２６，２７は、光導波路１２の両側方に光導波路１２の延伸方向に沿って形成される。溝領域２６は、少なくとも光導波路１２の側面に至る深さを有する主溝部２６ａと複数の副溝部２６ｂとからなる。同様に、溝領域２７は、少なくとも光導波路１２の側面に至る深さを有する主溝部２７ａと複数の副溝部２７ｂとからなる。
【００５５】
主溝部２６ａ，２７ａは、光導波路１２から所定の距離だけ離れた位置に各々形成される。また、光導波路１２を含み且つクラッド層１１の上面に平行な面で主溝部２６ａ，２７ａを切断した場合、この主溝部２６ａ，２７ａの断面積は、光導波路１２から離隔する方向について一定である。すなわち、クラッド層１１に対する主溝部２６ａ，２７ａの占める割合は、光導波路１２から離隔しても一定である。
【００５６】
一方、副溝部２６ｂ，２７ｂは、各々主溝部２６ａ，２７ａの光導波路１２側の端部に形成される。また、光導波路１２を含み且つクラッド層１１の上面に平行な面で副溝部２６ｂ，２７ｂを切断した場合、副溝部２６ｂ，２７ｂは複数の三角形を主溝部２６ａ，２７ａの光導波路１２側の端部に沿って配置した形状であり、三角形の一辺を主溝部２６ａ，２７ａの端部に沿って配置し、該三角形の一辺に対向する頂点を光導波路１２に向けられるように配置している。したがって、この副溝部２６ｂ，２７ｂの断面積は、光導波路１２から離隔する方向に増加する。すなわち、クラッド層１１に対する副溝部２６ｂ，２７ｂの占める割合は、光導波路１２から離隔するに伴って増加する。
【００５７】
このような主溝部２６ａ，２７ａは、ヒータ１４から発せられた熱がクラッド層１１に拡散することを抑制する断熱溝として機能する。一方、副溝部２６ｂ，２７ｂは、主溝部２６ａ，２７ａと同様の断熱溝としての機能と、光導波路１２に加える応力の解放を抑制する機能とを兼ね備える。
【００５８】
ここで、主溝部２６ａ，２７ａと光導波路１２との各間には、光導波路１２の伝搬光の偏波状態を保持するために必要な程度のクラッド層１１が存在する。すなわち、主溝部２６ａ，２７ａと光導波路１２との各間のクラッド層１１は、副溝部２６ｂ，２７ｂが形成されていても、光導波路１２に十分な応力を加えて光導波路１２の偏波保持特性を確保する。
【００５９】
つぎに、溝領域２８，２９について説明する。溝領域２８，２９は、光導波路１３の両側方に光導波路１３の延伸方向に沿って形成される。溝領域２８は、少なくとも光導波路１３の側面に至る深さを有する主溝部２８ａと複数の副溝部２８ｂとからなる。同様に、溝領域２９は、少なくとも光導波路１２の側面に至る深さを有する主溝部２９ａと複数の副溝部２９ｂとからなる。
【００６０】
主溝部２８ａ，２９ａは、光導波路１３から所定の距離だけ離れた位置に各々形成される。また、光導波路１３を含み且つクラッド層１１の上面に平行な面で主溝部２８ａ，２９ａを切断した場合、この主溝部２８ａ，２９ａの断面積は、光導波路１３から離隔する方向について一定である。すなわち、クラッド層１１に対する主溝部２８ａ，２９ａの占める割合は、光導波路１３から離隔しても一定である。
【００６１】
一方、副溝部２８ｂ，２９ｂは、各々主溝部２８ａ，２９ａの光導波路１３側の端部に形成される。また、光導波路１３を含み且つクラッド層１１に平行な面で副溝部２８ｂ，２９ｂを切断した場合、副溝部２８ｂ，２９ｂは複数の三角形を主溝部２８ａ，２９ａの光導波路１３側の端部に沿って配置した形状であり、三角形の一辺を主溝部２８ａ，２９ａの端部に沿って配置し、該三角形の一辺に対向する頂点を光導波路１３に向けられるように配置している。したがって、この副溝部２８ｂ，２９ｂの断面積は、光導波路１３から離隔する方向に増加する。すなわち、クラッド層１１に対する副溝部２８ｂ，２９ｂの占める割合は、光導波路１３から離隔するに伴って増加する。
【００６２】
このような主溝部２８ａ，２９ａは、ヒータ１５から発せられた熱について、上述した主溝部２６ａ，２７ａと同様に機能する。また、副溝部２８ｂ，２９ｂは、光導波路１３側について、上述した副溝部２６ｂ，２７ｂと同様に機能する。
【００６３】
ここで、主溝部２８ａ，２９ａと光導波路１３との各間には、光導波路１３の伝搬光の偏波状態を保持するために必要な程度のクラッド層１１が存在する。すなわち、主溝部２８ａ，２９ａと光導波路１３との各間のクラッド層１１は、副溝部２８ｂ，２９ｂが形成されていても、光導波路１３に十分な応力を加えて光導波路１３の偏波保持特性を確保する。
【００６４】
また、上述した副溝部２６ｂ〜２９ｂ溝構造は、図６に示す副溝部２７ｂと同様に、例えば、辺部分を光導波路１２に対向させた三角柱の形状である。一方、上述した主溝部２６ａ〜２９ａの溝構造は、図６に示す主溝部２７ａと同様に、例えば矩形状であり、副溝部２６ｂ〜２９ｂに各々連続する。
【００６５】
つぎに、光導波路１２からの離隔変位に伴う副溝部２７ｂの断面積の変化について詳細に説明する。図７は、光導波路からの離隔変位に伴う副溝部の断面積の変化を説明する模式図である。なお、図７には、図５に示したＭＺＩ素子３２の部分領域５の上面図が示されている。
【００６６】
図７に示すように、光導波路１２から溝領域２７に至るまでの領域は、クラッド層１１であり、溝は形成されていない。例えば、図７に示すＸ軸方向の位置Ｘ１から位置Ｘ２の領域は、溝領域２７に到達しておらず、溝は存在しない。
【００６７】
一方、Ｘ軸方向の位置Ｘ２から位置Ｘ３の領域は、図７に示すように、副溝部２７ｂに到達している。この領域において、上述した副溝部２７ｂの断面積は、位置Ｘ２から位置Ｘ３に向けて光導波路１２から離隔するに伴って増加する。すなわち、この領域において、クラッド層１１に対する副溝部２７ｂの占める割合は、光導波路１２から離隔するに伴って増加している。
【００６８】
また、Ｘ軸方向の位置Ｘ３から位置Ｘ４の領域は、図７に示すように、上述した位置Ｘ２から位置Ｘ３の領域に比して、さらに光導波路１２から離隔変位している。この領域において、上述した副溝部２７ｂの断面積は、位置Ｘ３から位置Ｘ４に向けて光導波路１２から離隔するに伴って増加し、クラッド層１１に対する副溝部２７ｂの占める割合は、位置Ｘ２から位置Ｘ３の領域の場合に比して大きい。すなわち、この副溝部２７ｂの占める割合は、Ｘ軸方向の位置Ｘ２から位置Ｘ４に向けて光導波路１２から離隔するに伴って増加し、主溝部２７ａに達するまで、増加し続ける。なお、この副溝部２７ｂの占める割合は、主溝部２７ａに到達した位置において最大となる。
【００６９】
ここで、本実施の形態２では、ＭＺＩ素子３２，３４，３６の各光導波路の両側方に溝領域（例えば図５に示した溝領域２６〜２９）を形成して、ヒータ１４，１５に例示されるＭＺＩ素子３２，３４，３６の各ヒータからの熱がＰＬＣ３０のクラッド層１１に意図せず拡散することを抑制している。これによって、各光導波路（例えば光導波路１２，１３）の温度を効率よく高めて低消費電力で各光導波路にＴＯ効果を発現できる。この結果、本実施の形態２にかかる光導波回路を適用した半導体レーザモジュールの波長特性の調整を低消費電力で実現可能である。
【００７０】
さらに、ＭＺＩ素子３２，３４，３６の各溝領域では、図５〜図７の溝領域２７に例示したように、光導波路を含み且つクラッド層に平行な面で溝領域を切断した場合、この溝領域の光導波路側に形成された副溝部（例えば副溝部２７ｂ）の断面積が、光導波路から離隔するに伴って増加するように構成されている。
【００７１】
このため、ＭＺＩ素子３２，３４，３６の各溝領域は、クラッド層に対する副溝部の占める割合を光導波路から離隔するに伴って大きくできる。すなわち、光導波路側方におけるクラッド層の占める割合は、溝領域から光導波路に向かって変位するにつれて徐々に大きくできる。これによって、上述したヒータによる熱の拡散を抑制しつつ、クラッド層から光導波路に加える応力の解放を抑制できる。
【００７２】
この結果、半導体レーザモジュールの波長特性の調整を低消費電力で実現しつつ、光導波路と溝領域との間のクラッド層によって、ＭＺＩ素子３２，３４，３６の各光導波路１２，１３に対して両側方から十分に応力を加えることができる。
【００７３】
以上、本発明の実施の形態２では、光導波路の両側方のクラッド層に、この光導波路の延伸方向に沿って、この光導波路の側面に至る溝部を形成し、この光導波路を含み且つクラッド層に平行な面でこの溝部を切断した場合、この溝部の断面積が、この光導波路から離隔するに伴って増加するように構成した。
【００７４】
このため、クラッド層の上部であって光導波路の上方に形成されたヒータによって、この光導波路（コア部）を効率よく加熱できるとともに、このヒータからの熱がクラッド層に意図せず拡散することを抑制しつつ、クラッド層に加わっていた応力の解放を抑制できる。この結果、各光導波路の温度を効率よく高めて各光導波路にＴＯ効果を低消費電力で発現できることから、半導体レーザモジュールの波長特性の調整を低消費電力で実現できる。これとともに、各光導波路（コア部）に対して両側方から十分に応力を加えて、半導体レーザモジュール内の各光導波路の偏波保持特性の低下を抑制し、伝搬光の偏波状態を維持することができる。
【００７５】
なお、上述した実施の形態１では、光導波路の両側方の溝領域内に段違いの梯子形状のガラス部を形成していたが、これに限らず、溝領域内において、クラッド層に平行であって光導波路の延伸方向に垂直な方向に向けて、光導波路の側面に至る深さの溝部とガラス部とが交互に形成され、且つ、このガラス部が、この垂直な方向に溝領域の両端をつなぐように連続していれば、溝領域内の溝部およびガラス部の各断面形状は、所望のものであってもよい。
【００７６】
例えば図８に示すように、六角形または台形に形成された溝部５６ａと蜂の巣形状のガラス部５６ｂとからなる溝領域５６と、六角形または台形に形成された溝部５７ａと蜂の巣形状のガラス部５７ｂとからなる溝領域５７とを光導波路１２の両側方に各々形成してもよい。
【００７７】
ここで、溝部５６ａ，５７ａは、光導波路１２の側面に至る深さを有する。また、図８に示すように、溝領域５７内において、光導波路１２に垂直なＸ軸方向に向けて溝部５７ａとガラス部５７ｂとが交互に形成される。且つ、ガラス部５７ｂは、例えば破線矢印Ａｒ１に示すように、Ｘ軸方向に溝領域５７の両端をつなぐように連続している。さらに、ガラス部５７ｂは、Ｘ軸方向にジグザグした状態で連続している。この構造は、溝領域５６においても同様である。
【００７８】
この溝領域５６，５７を形成した場合も、上述した実施の形態１の場合と同様に、ヒータ１４によって光導波路１２を効率よく加熱できるとともに、ヒータ１４からの熱がクラッド層に意図せず拡散することを抑制しつつ、クラッド層に加わっていた応力の解放を抑制できる。この結果、実施の形態１と同様の作用効果を奏する。
【００７９】
なお、溝部の断面は、光導波路を含み且つクラッド層に平行な面で溝領域を切断した場合、上述したように四角形状や六角形状に限らず、三角形以上の多角形であってもよいし、楕円を含む円形状であってもよいし、その他、所望のものであってもよい。
【００８０】
また、上述した実施の形態１では、光導波路を含み且つクラッド層の上面に平行な面で溝領域を切断した場合の各溝部の断面積は、光導波路からの離隔距離が異なる場合であっても、同じ断面積にしていたが、これに限らず、これら各溝部の断面積は、光導波路から離隔するに伴って増加するように構成してもよい。
【００８１】
例えば図９に示すように、断面形状が円形状に形成された複数の溝部６６ａ，６７ａを各々含む溝領域６６，６７を光導波路１２の両側方に各々形成してもよい。溝領域６７には、Ｘ軸方向に向けて、光導波路１２の側面に至る深さの溝部６７ａとガラス部６７ｂとが交互に形成されている。また、ガラス部６７ｂは、図９の破線矢印Ａｒ１に示すように、Ｘ軸方向に溝領域６７の両端をつなぐように連続している。
【００８２】
一方、溝部６７ａは、溝領域６７内に複数形成され、各溝部６７ａの断面は、光導波路１２を含み且つクラッド層の上面に平行な面で溝領域６７を切断した場合、円形状である。これら複数の溝部６７ａは、Ｘ軸方向に複数列形成されるとともに、各溝部６７ａの断面積は、光導波路１２から離隔するに伴って増加する。なお、もう一方の溝領域６６内に形成された複数の溝部６６ａおよびガラス部６６ｂは、上述した溝部６７ａおよびガラス部６７ｂと各々同様の構造を有する。
【００８３】
このように、光導波路１２から離隔するに伴って各溝部６６ａ，６７ａの断面積を増加させている。この結果、上述した実施の形態１の場合に比して、ヒータ１４による光導波路１２の加熱を効率よく行うことができるとともに、ヒータ１４からの熱がクラッド層に意図せず拡散することを一層抑制しつつ、クラッド層に加わっていた応力の解放を一層抑制できる。さらに、溝部６６ａ，６７ａの断面形状を円形状にすることによって、溝領域６７側から光導波路１２に加える応力を均一にしている。この結果、光導波路１２の偏波保持特性を一層高めることができる。
【００８４】
また、例えば図１０に示すように、断面形状が三角形状に形成された複数の溝部７６ａ，７７ａを各々含む溝領域７６，７７を光導波路１２の両側方に各々形成してもよい。溝領域７７には、Ｘ軸方向に向けて、少なくとも光導波路１２の側面に至る深さの溝部７７ａとガラス部７７ｂとが交互に形成されている。また、ガラス部７７ｂは、図１０の破線矢印Ａｒ１に示すように、Ｘ軸方向に溝領域７７の両端をつなぐように連続している。
【００８５】
一方、溝部７７ａは、溝領域７７内に複数形成され、各溝部７７ａの断面は、光導波路１２を含み且つクラッド層の上面に平行な面で溝領域７７を切断した場合、三角形状である。これら複数の溝部７７ａは、Ｘ軸方向に複数列形成されるとともに、各溝部７７ａの断面積は、光導波路１２から離隔するに伴って増加する。なお、もう一方の溝領域７６内に形成された複数の溝部７６ａおよびガラス部７６ｂは、上述した溝部７７ａおよびガラス部７７ｂと各々同様の構造を有する。
【００８６】
このように、光導波路１２から離隔するに伴って各溝部７６ａ，７７ａの断面積を増加させている。この結果、上述した実施の形態１の場合に比して、ヒータ１４による光導波路１２の加熱を効率よく行うことができるとともに、ヒータ１４からの熱がクラッド層に意図せず拡散することを一層抑制しつつ、クラッド層に加わっていた応力の解放を一層抑制できる。
【００８７】
また、上述した実施の形態２では、溝領域の光導波路側に三角柱型の副溝部を形成していたが、これに限らず、副溝部の形状は、光導波路から離隔するに伴って副溝部の断面積が増加するような形状であれば、くさび型形状の四角柱（台形柱）であってもよいし、半円柱型であってもよい、その他、所望の形状であってもよく、複数の形状の組み合わせであってもよい。
【００８８】
例えば図１１に示すように、半円柱型に形成された複数の副溝部８６ｂ，８７ｂを各々含む溝領域８６，８７を光導波路１２の両側方に各々形成してもよい。溝領域８７は、少なくとも光導波路の側面に至る深さの主溝部８７ａおよび副溝部８７ｂからなり、副溝部８７ｂは、主溝部８７ａの光導波路１２側の端部に複数形成される。これら複数の副溝部８７ｂは、各々半円柱型であり、光導波路１２を含み且つクラッド層の上面に平行な面で切断した場合の各副溝部８７ｂの断面積は、光導波路１２から離隔するに伴って増加する。
【００８９】
すなわち、副溝部８７ｂの占める割合は、図１１に示すＸ軸方向の位置Ｘ１１から位置Ｘ１２に向けて光導波路１２から離隔するに伴って増加し、位置Ｘ１２から主溝部８７ａの端部に向けて光導波路１２から離隔するに伴って更に増加する。なお、この副溝部８７ｂの占める割合は、主溝部８７ａに到達した位置において最大となる。これ以上、光導波路１２から離隔した位置では、各副溝部８７ｂは、主溝部８７ａに連続する。
【００９０】
なお、もう一方の溝領域８６内に形成された主溝部８６ａおよび副溝部８６ｂは、上述した主溝部８７ａおよび副溝部８７ｂと各々同様の構造を有する。このように、副溝部の構造を半円柱型にした場合であっても、上述した実施の形態２の場合と同様の作用効果を奏する。
【００９１】
また、上述した実施の形態２では、主溝部の光導波路側の端部に、光導波路から離隔するに伴って断面積が増加する副溝部を形成していたが、これに限らず、溝領域の内部に、光導波路から離隔するに伴って断面積が増加する溝部を形成してもよい。
【００９２】
例えば図１２に示すように、光導波路１２から離隔するに伴って断面積が増加する扇形の溝部を有する溝領域９６，９７を光導波路１２の両側方に形成してもよい。具体的には、溝領域９７は、扇形に形成された複数の溝部９７ａとガラス部９７ｂとを有する。これら複数の溝部９７ａの各々は、光導波路１２の側面に至る深さを有し、光導波路１２から離隔するに伴って、その溝幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３が大きくなる。すなわち、溝幅Ｗ１〜Ｗ３の大小関係は、Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３である。
【００９３】
これによって、ヒータ１４による光導波路１２の加熱を効率よく行うことができるとともに、ヒータ１４からの熱がクラッド層に意図せず拡散することを抑制しつつ、クラッド層に加わっていた応力の解放を抑制できる。この結果、上述した実施の形態２の場合と同様の作用効果を奏する。
【００９４】
なお、図１２に例示したように、光導波路を含み且つクラッド層の上面に平行な面で溝領域を切断した場合に、この光導波路から離隔するに伴って断面積が増加する溝部が溝領域内に形成された溝領域において、ガラス部はＸ軸方向に溝領域の両端をつなぐように連続してもよいし、連続していなくてもよい。また、この場合の溝部は、１以上であればよく、この溝部の断面形状は、扇形に限らず、三角形以上の多角形でもよいし、楕円を含む円形状でもよい。
【００９５】
一方、上述した実施の形態１，２では、溝領域内の溝部を中空にしていたが、これに限らず、ＰＬＣを構成するガラス等のクラッド層の熱伝導率に比して低い熱伝導率やクラッド層の熱膨張率以上の熱膨張率を有する物質によって溝領域内の溝部が埋められてもよい。この場合、溝部内に埋められる物質は、エポキシ系樹脂であってもよいし、多孔質ガラスであってもよい。
【００９６】
また、上述した実施の形態１，２では、本発明にかかる光導波回路を構成する材料としては、石英系ガラスに限らず、ポリマー系材料等の他の材料であってもよい。さらに、上述した実施の形態１，２では、溝部の深さをクラッドの厚みと同じとしているが、溝部の深さは少なくとも光導波路１２の側面に至る深さがあれば本発明の作用効果を奏することができる。
【００９７】
さらに、上述した実施の形態２では、主溝部の光導波路側端部に複数の副溝部を形成していたが、これに限らず、溝領域に形成される副溝部は、１以上であればよい。また、主溝部の断面形状は、矩形状に限らず、円形状等の所望の形状であってもよい。
【００９８】
また、上述した実施の形態１，２では、本発明にかかる光導波回路の一例として半導体レーザモジュールの光選択素子部を例示したが、これに限らず、本発明にかかる光導波回路は、クラッド層の上部であって光導波路の上方に、この光導波路を加熱するためのヒータが形成された構成を有する光導波回路に適用することができる。特に、光導波路の偏波保持特性を利用する光導波回路に有用である。
【符号の説明】
【００９９】
１ 半導体レーザモジュール
２ 半導体レーザ部
３ 光選択素子部
４ 増幅部
５ 部分領域
１０ 基板
１１ クラッド層
１２，１３，３１，３３，３５，３７ 光導波路
１４，１５ ヒータ
１６〜１９，２６〜２９，５６，５７，６６，６７，７６，７７，８６，８７，９６，９７ 溝領域
１６ａ〜１９ａ，５６ａ，５７ａ，６６ａ，６７ａ，７６ａ，７７ａ，９６ａ，９７ａ 溝部
１６ｂ〜１９ｂ，５６ｂ，５７ｂ，６６ｂ，６７ｂ，７６ｂ，７７ｂ，９６ｂ，９７ｂ ガラス部
２０ 半導体レーザ基板
２１ 半導体レーザアレイ
２２ 半導体レーザ素子
２６ａ，２７ａ，８６ａ，８７ａ 主溝部
２６ｂ，２７ｂ，８６ｂ，８７ｂ 副溝部
３０ ＰＬＣ
３２，３４，３６ ＭＺＩ素子
４０ 増幅器基板
４１ 半導体光増幅器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたクラッド層と、
前記クラッド層内に形成された光導波路と、
前記クラッド層の上部であって前記光導波路の上方に形成され、前記光導波路を加熱するヒータと、
を備え、
前記クラッド層は、前記光導波路の両側方に、前記光導波路の延伸方向に沿って形成された溝領域を有し、
前記溝領域には、前記クラッド層の上面に平行であって前記光導波路の延伸方向に垂直な方向に向けて、少なくとも前記光導波路の側面に至る深さの溝部と中実部とが交互に形成され、
前記溝部は、前記垂直な方向に複数列形成され、
前記中実部は、前記垂直な方向に前記溝領域の両端をつなぐように連続することを特徴とする光導波回路。
【請求項２】
複数の前記溝部の各断面積は、前記光導波路を含み且つ前記クラッド層に平行な面で前記溝領域を切断した場合、前記光導波路から離隔するに伴って増加することを特徴とする請求項１に記載の光導波回路。
【請求項３】
前記中実部は、格子形状に形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の光導波回路。
【請求項４】
前記中実部は、蜂の巣形状に形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の光導波回路。
【請求項５】
基板上に形成されたクラッド層と、
前記クラッド層内に形成された光導波路と、
前記クラッド層の上部であって前記光導波路の上方に形成され、前記光導波路を加熱するヒータと、
を備え、
前記クラッド層は、前記光導波路の両側方に前記光導波路の延伸方向に沿って形成され、少なくとも前記光導波路の側面に至る深さの溝部を少なくとも一つ含む溝領域を有し、
前記光導波路を含み且つ前記クラッド層の上面に平行な面で前記溝部を切断した場合の前記溝部の断面積は、前記光導波路から離隔するに伴って増加することを特徴とする光導波回路。
【請求項６】
前記溝領域は、複数の前記溝部を含み、
複数の前記溝部の各断面積は、前記光導波路を含み且つ前記クラッド層の上面に平行な面で前記溝領域を切断した場合、前記光導波路から離隔するに伴って増加することを特徴とする請求項５に記載の光導波回路。
【請求項７】
前記クラッド層の熱伝導率に比して低い熱伝導率を有する物質、または前記クラッド層の熱膨張率以上の熱膨張率を有する物質で前記溝部が埋められていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光導波回路。
【請求項１】
基板上に形成されたクラッド層と、
前記クラッド層内に形成された光導波路と、
前記クラッド層の上部であって前記光導波路の上方に形成され、前記光導波路を加熱するヒータと、
を備え、
前記クラッド層は、前記光導波路の両側方に、前記光導波路の延伸方向に沿って形成された溝領域を有し、
前記溝領域には、前記クラッド層の上面に平行であって前記光導波路の延伸方向に垂直な方向に向けて、少なくとも前記光導波路の側面に至る深さの溝部と中実部とが交互に形成され、
前記溝部は、前記垂直な方向に複数列形成され、
前記中実部は、前記垂直な方向に前記溝領域の両端をつなぐように連続することを特徴とする光導波回路。
【請求項２】
複数の前記溝部の各断面積は、前記光導波路を含み且つ前記クラッド層に平行な面で前記溝領域を切断した場合、前記光導波路から離隔するに伴って増加することを特徴とする請求項１に記載の光導波回路。
【請求項３】
前記中実部は、格子形状に形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の光導波回路。
【請求項４】
前記中実部は、蜂の巣形状に形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の光導波回路。
【請求項５】
基板上に形成されたクラッド層と、
前記クラッド層内に形成された光導波路と、
前記クラッド層の上部であって前記光導波路の上方に形成され、前記光導波路を加熱するヒータと、
を備え、
前記クラッド層は、前記光導波路の両側方に前記光導波路の延伸方向に沿って形成され、少なくとも前記光導波路の側面に至る深さの溝部を少なくとも一つ含む溝領域を有し、
前記光導波路を含み且つ前記クラッド層の上面に平行な面で前記溝部を切断した場合の前記溝部の断面積は、前記光導波路から離隔するに伴って増加することを特徴とする光導波回路。
【請求項６】
前記溝領域は、複数の前記溝部を含み、
複数の前記溝部の各断面積は、前記光導波路を含み且つ前記クラッド層の上面に平行な面で前記溝領域を切断した場合、前記光導波路から離隔するに伴って増加することを特徴とする請求項５に記載の光導波回路。
【請求項７】
前記クラッド層の熱伝導率に比して低い熱伝導率を有する物質、または前記クラッド層の熱膨張率以上の熱膨張率を有する物質で前記溝部が埋められていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光導波回路。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２１１９５３（Ｐ２０１２−２１１９５３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７６５４６（Ｐ２０１１−７６５４６）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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