光導波路
【課題】用いる材料の制限を緩和して、導波路における複屈折の制御がより簡便に行えるようにする。
【解決手段】コア１０２が、低屈折率コア層１２１および低屈折率コア層１２３と、低屈折率コア層１２１および低屈折率コア層１２３に挟まれて配置され、低屈折率コア層１２１および低屈折率コア層１２３より屈折率の高い高屈折率コア層１２２とから構成されている。コア１０２は、低屈折率コア層１２１，高屈折率コア層１２２，および低屈折率コア層１２３が、この順に積層されて構成されている。
【解決手段】コア１０２が、低屈折率コア層１２１および低屈折率コア層１２３と、低屈折率コア層１２１および低屈折率コア層１２３に挟まれて配置され、低屈折率コア層１２１および低屈折率コア層１２３より屈折率の高い高屈折率コア層１２２とから構成されている。コア１０２は、低屈折率コア層１２１，高屈折率コア層１２２，および低屈折率コア層１２３が、この順に積層されて構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実効屈折率の偏波依存性を解消する光導波路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信網で用いられる光導波路デバイスには、偏波無依存動作が求められる。偏波無依存を実現するためには、導波路複屈折を制御して複屈折を低減することが重要となる。例えば、光導波路デバイスの光導波路は、図１３の断面図に示すように、下部クラッド１３０１、コア１３０２、および上部クラッド１３０３から構成されている。この場合、理想的に下部クラッド１３０１および上部クラッド１３０３の屈折率が等しく、さらにコア１３０２の断面形状が正方形の対称構造の場合、複屈折は０となり、ＴＥ偏波とＴＭ偏波の実効屈折率は等しく偏波無依存となる。
【０００３】
しかしながら、クラッドやコアの屈折率は、例えば材料の内部応力，原子配列の異方性などによって、容易に異方性を持つ状態になり得る。さらに、コアの断面形状を正方形に設計したとしても、製造工程において完全な正方形ではなくなることは容易に起こり得る。このように、導波路の断面構造が対称でなくなると、ＴＥ偏波とＴＭ偏波の実効屈折率に差が生じ、複屈折が生じるようになる。
【０００４】
このような複屈折を紫外線照射によって制御する技術がある（特許文献１参照）。この技術では、導波路を、紫外線照射によって変形する材料から構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３８８３３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上述した技術では、偏波無依存を実現するための光導波路の複屈折の制御のためには、紫外線照射によって変形可能な特殊な材料を用いることになるため、導波路を構成する材料に制限があり、また、制御が容易に行えないという問題がある。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、用いる材料の制限を緩和して、導波路における複屈折の制御がより簡便に行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る光導波路は、下部クラッド層と、この下部クラッド層の上に形成されたコアと、このコアの上に形成された上部クラッド層とを備え、コアは、低屈折率コア層およびこの低屈折率コア層より屈折率の高い高屈折率コア層が積層されて構成されている。
【０００９】
上記光導波路において、高屈折率コア層は、光導波路の複屈折が設定された値以下となる範囲の層厚とされていればよい。また、高屈折率コア層は、光導波路の複屈折が設定された値以下となる範囲の屈折率とされていればよい。なお、設定された値は、１×１０-4である。また、高屈折率コア層は、コアの上部に配置されているとよい。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明によれば、コアを、低屈折率コア層およびこの低屈折率コア層より屈折率の高い高屈折率コア層から構成したので、用いる材料の制限を緩和して、導波路における複屈折の制御がより簡便に行えるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における光導波路の構成を示す断面図である。
【図２】図２は、高屈折率コア層１２２に層厚の変化に対する、ＴＥ偏波の実効屈折率（白丸）およびＴＭ偏波の実効屈折率（白四角）の変化を示す相関図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２における光導波路の構成を示す断面図である。
【図４】図４は、高屈折率コア層３２２に層厚の変化に対する、ＴＥ偏波の実効屈折率（白丸）およびＴＭ偏波の実効屈折率（白四角）の変化を示す相関図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態３における他の光導波路の構成を示す断面図である。
【図６】図６は、高屈折率コア層５２１に層厚の変化に対する、ＴＥ偏波の実効屈折率（白丸）およびＴＭ偏波の実効屈折率（白四角）の変化を示す相関図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態４における光導波路の構成を示す断面図である。
【図８】図８は、高屈折率コア層７２２に屈折率の変化に対する、ＴＥ偏波の実効屈折率（白丸）およびＴＭ偏波の実効屈折率（白四角）の変化を示す相関図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態５における他の光導波路の構成を示す断面図である。
【図１０】図１０は、高屈折率コア層９２２に屈折率の変化に対する、ＴＥ偏波の実効屈折率（白丸）およびＴＭ偏波の実効屈折率（白四角）の変化を示す相関図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態６における光導波路の構成を示す断面図である。
【図１２】図１２は、高屈折率コア層１１２１に屈折率の変化に対する、ＴＥ偏波の実効屈折率（白丸）およびＴＭ偏波の実効屈折率（白四角）の変化を示す相関図である。
【図１３】図１３は、光導波路の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００１３】
［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１における光導波路の構成を示す断面図である。この光導波路は、下部クラッド層１０１と、下部クラッド層１０１の上に形成されたコア１０２と、コア１０２の上に形成された上部クラッド層１０３とを備える。上部クラッド層１０３は、コア１０２を覆って下部クラッド層１０１の上に形成されている。
【００１４】
また、本実施の形態における光導波路は、コア１０２が、低屈折率コア層１２１および低屈折率コア層１２３と、低屈折率コア層１２１および低屈折率コア層１２３に挟まれて配置され、低屈折率コア層１２１および低屈折率コア層１２３より屈折率の高い高屈折率コア層１２２とから構成されている。コア１０２は、低屈折率コア層１２１，高屈折率コア層１２２，および低屈折率コア層１２３が、この順に積層されて構成されている。言い換えると、高屈折率コア層１２２を、低屈折率コア層（低屈折率コア層１２１，高屈折率コア層１２２）の中に挿入してコア１０２を構成している。
【００１５】
上述した本実施の形態によれば、コア１０２を、低屈折率コア層１２１および低屈折率コア層１２３と、高屈折率コア層１２２とから構成しているので、導波路全体の複屈折が低減できるようになり、光導波路におけるＴＥモードの実効屈折率とＴＭモードの実効屈折率との差を低減できるようになる。
【００１６】
以下、複屈折の低減について説明する。まず、例えば、下部クラッド層１０１および上部クラッド層１０３は、酸化シリコンから構成し、コア１０２は、酸化シリコンより屈折率を高くした酸化シリコン，酸窒化シリコン，および窒化シリコンから構成することができる。
【００１７】
例えば、下部クラッド層１０１は、よく知られたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板の埋め込み酸化層を用いて構成することができる。また、単結晶シリコン基板の表面を熱酸化することで形成した酸化シリコン層を用いて構成することができる。このような酸化シリコンの層は、基板に水平方向の屈折率が１．４４５６であり、基板に垂直方向の屈折率が１．４４６７となる。
【００１８】
また、上部クラッド層１０３は、例えば、プラズマＣＶＤ法によって堆積した酸化シリコンから構成することができる。このように形成した酸化シリコンの層は、基板に水平方向の屈折率が１．４６７５であり、基板に垂直方向の屈折率が１．４６８５となる。
【００１９】
また、上述したクラッド層の材料に対して屈折率の高い酸化シリコンや酸窒化シリコンの層は、例えば、プラズマＣＶＤ法により堆積することで形成できる。例えば、プラズマＣＶＤ法により形成した酸窒化シリコンの層は、基板に水平方向の屈折率は１．５０９９とし、基板に垂直方向の屈折率は１．５１３４とすることができる。また、より屈折率の高い窒化シリコンの層は、例えば、プラズマＣＶＤ法により堆積することで形成でき、この場合、基板に水平方向の屈折率は２．００８０とし、基板に垂直方向の屈折率は１．９９９８とすることができる。
【００２０】
ここで、上述したような下部クラッド層１０１および上部クラッド層１０３に対し、コア１０２を酸窒化シリコンから構成した場合、コア１０２の断面形状を３×３μｍ程度とすることで、１．５５μｍ帯におけるシングルモード光導波路が得られる。
【００２１】
しかしながら、上述した各層は、例えば製造過程で生じる内部応力や分子構造の異方性など様々な原因により、屈折率異方性を有している。このため、下部クラッド層１０１と上部クラッド層１０３とは、屈折率が異なることになり、コア１０２から見ると、上下方向に屈折率が非対称な状態となる。加えて、各層は複屈折を有している。これらのことにより、上述したようにコア１０２を単一の材料から構成した光導波路では、光導波路全体として複屈折が生じている状態となり得る。この結果、ＴＥモードの実効屈折率とＴＭモードの実効屈折率とに差が発生し、偏波依存性が生じる状態となる。上述した場合、ＴＥモードの実効屈折率が、ＴＭモードの実効屈折率に比較して小さくなる。
【００２２】
これに対し、本実施の形態では、コア１０２に、例えば、より屈折率の高い窒化シリコンからなる高屈折率コア層１２２を挿入することで、光導波路全体の複屈折を制御するようにしたので、２つの偏波における実効屈折率の差を低減して偏波依存性を抑制することができるようになる。光導波路全体の複屈折の制御は、高屈折率コア層１２２の層厚を可変することによって行える。
【００２３】
以下、ＴＥおよびＴＭの２つの偏波の実効屈折率と、高屈折率コア層１２２の層厚との関係について説明する。図２は、高屈折率コア層１２２に層厚の変化に対する、ＴＥ偏波の実効屈折率（白丸）およびＴＭ偏波の実効屈折率（白四角）の変化を示す相関図である。ここでは、コア１０２の基板平面方向の断面寸法（幅）を３μｍとし、低屈折率コア層１２１および低屈折率コア層１２３の層厚は各々１．５μｍとする。図２から明らかなように、高屈折率コア層１２２の層厚を２３．５ｎｍ程度とすると、ＴＥ偏波の実効屈折率とＴＭ偏波の実効屈折率との差がなくなる。
【００２４】
また、本実施の形態における上述した構成の光導波路の応用としてＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）を例にすると、中心波長１．５μｍ帯における各チャネルの波長ずれを０．１ｎｍ以下に抑制するためには、光導波路の複屈折を１×１０-4以下にすればよい。ここで、複屈折は、ＴＥ偏波の実効屈折率とＴＭ偏波の実効屈折率との差であり、複屈折が１×１０-4以下の範囲は、図２において２３〜２４ｎｍとなる。言い換えると、高屈折率コア層１２２の層厚を、２３〜２４ｎｍとすれば、実使用の範囲で偏波無依存の状態が得られることになる。なお、本例では、コア１０２の層厚が変化することになるが、コアを単一の材料で構成した場合、上述した範囲でコアの層厚を変化させても、２つの偏波の実効屈折率の差がなくなる状態は得られないことが確認されている。
【００２５】
ところで、高屈折率コア層１２２は、窒化シリコンに限らず、屈折率３．５のアモルファスシリコンやポリシリコンから構成してもよい。これらシリコンから構成することで、窒化シリコンに比べて屈折率が高いため、高屈折率コア層をさらに薄くすることが可能になる。また、シリコンは、窒化シリコンのようにＮ−Ｈの振動による赤外吸収が無い。このため、高屈折率コア層１２２をシリコンから構成することで、１．５５μｍ帯の導波路の伝搬損失を低減することができる。
【００２６】
なお、言うまでもなく、上述した各層は、シリコン基板の熱酸化，火炎体積法，プラズマや熱を用いた化学気相堆積（ＣＶＤ）法、スパッタなどの物理気相成長（ＰＶＤ）法などの様々な成膜法によい形成することが可能である。実際の光導波路の作製においては、用いる材料が同じであっても製造（成膜）方法や製造（成膜）装置により、屈折率は変化し得る。これに対し、上述した本実施の形態によれば、用いる製造装置に依存する各層の屈折率異方性に応じ、高屈折率コア層の層厚を変化させればよく、各層のどのような複屈折が生じた場合でも、導波路全体の複屈折を容易に制御できる。
【００２７】
熱酸化，火炎体積法，ＣＶＤ法、ＰＶＤ法などの薄膜形成技術は、膜厚制御性に優れており、紫外線照射などの方法に比較して、複屈折の制御性が向上する。特に、高屈折率コア層の作製では、ＥＣＲスパッタ法を用いれば、良好な膜厚制御性が得られる。また、材料の組成が一意に定まり屈折率を変化させられない材料でも、膜厚制御によって実効屈折率が制御可能となる。
【００２８】
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について説明する。まず、上述した実施の形態１では、下部クラッド層の側から見てコアの上下方向中央部に、高屈折率コア層を配置している。このようにすることで、各偏波の伝搬モードのモードフィールドの中心を、コア断面の高さ方向の中心に位置させることができる。これに対し、本実施の形態２では、以下に説明するように、高屈折率コア層をコアの上側（上部）に配置した。
【００２９】
図３は、本発明の実施の形態２における光導波路の構成を示す断面図である。この光導波路は、下部クラッド層３０１と、下部クラッド層３０１の上に形成されたコア３０２と、コア３０２の上に形成された上部クラッド層３０３とを備える。上部クラッド層３０３は、コア３０２を覆って下部クラッド層３０１の上に形成されている。
【００３０】
また、この光導波路は、コア３０２が、低屈折率コア層３２１と、この上に形成された高屈折率コア層３２２とから構成されている。高屈折率コア層３２２は、低屈折率コア層３２１より高屈折率な材料から構成されている。コア３０２は、低屈折率コア層３２１および高屈折率コア層３２２の２層構造となっている。この光導波路では、高屈折率コア層３２２を、コア３０２の上端に配置している。このようにすることで、各偏波の伝搬モードのモードフィールドの中心を、コア３０２の断面においてより高い位置にすることができる。この結果、下部クラッド層３０２の下側（例えばシリコン基板）への光の漏れ出しを低減することができるようになる。
【００３１】
次に、本実施の形態における、ＴＥおよびＴＭの２つの偏波の実効屈折率と、高屈折率コア層３２２の層厚との関係について説明する。図４は、高屈折率コア層３２２に層厚の変化に対する、ＴＥ偏波の実効屈折率（白丸）およびＴＭ偏波の実効屈折率（白四角）の変化を示す相関図である。ここでは、コア３０２の基板平面方向の断面寸法（幅）を３μｍとし、低屈折率コア層３２１の層厚は３μｍとする。図４から明らかなように、高屈折率コア層３２２の層厚を４２ｎｍ程度とすると、ＴＥ偏波の実効屈折率とＴＭ偏波の実効屈折率との差（複屈折）を１×１０-4以下に低減できる。
【００３２】
ところで、下部クラッド層３０１の厚さによっては、偏波によって下部クラッド層３０１の下側の支持基板層（不図示）への光の漏れ出しが異なり、偏波間の伝搬損失に差が生じてしまうことがある。このことが原因で、光導波路デバイスに偏波依存損失（ＰＤＬ）が生じる。これに対し、上述したように高屈折率コア層３２２の位置によりモードフィールド高さを制御し、支持基板の側への光の漏れ出しを偏波間で同程度にすることで、ＰＤＬを低減することができる。
【００３３】
［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３について説明する。図５は、本発明の実施の形態３における他の光導波路の構成を示す断面図である。この光導波路は、下部クラッド層５０１と、下部クラッド層５０１の上に形成されたコア５０２と、コア５０２の上に形成された上部クラッド層５０３とを備える。上部クラッド層５０３は、コア５０２を覆って下部クラッド層５０１の上に形成されている。
【００３４】
また、この光導波路は、コア５０２が、高屈折率コア層５２１と、この上に形成された低屈折率コア層５２２とから構成されている。高屈折率コア層５２１は、低屈折率コア層５２２より高屈折率な材料から構成されている。コア５０２は、高屈折率コア層５２１および低屈折率コア層５２２の２層構造となっている。この光導波路では、高屈折率コア層５２１を、コア５０２の下端に配置している。このようにすることで、各偏波の伝搬モードのモードフィールドの中心を、コア５０２の断面においてより低い位置にすることができる。
【００３５】
次に、本実施の形態における、ＴＥおよびＴＭの２つの偏波の実効屈折率と、高屈折率コア層５２１の層厚との関係について説明する。図６は、高屈折率コア層５２１に層厚の変化に対する、ＴＥ偏波の実効屈折率（白丸）およびＴＭ偏波の実効屈折率（白四角）の変化を示す相関図である。ここでは、コア５０２の基板平面方向の断面寸法（幅）を３μｍとし、低屈折率コア層５２２の層厚は３μｍとする。図６から明らかなように、高屈折率コア層５２１の層厚を５２ｎｍ程度とすると、ＴＥ偏波の実効屈折率とＴＭ偏波の実効屈折率との差（複屈折）を１×１０-4以下に低減できる。
【００３６】
［実施の形態４］
次に、本発明の実施の形態４について説明する。図７は、本発明の実施の形態４における光導波路の構成を示す断面図である。この光導波路は、下部クラッド層７０１と、下部クラッド層７０１の上に形成されたコア７０２と、コア７０２の上に形成された上部クラッド層７０３とを備える。上部クラッド層７０３は、コア７０２を覆って下部クラッド層７０１の上に形成されている。
【００３７】
また、本実施の形態における光導波路は、コア７０２が、低屈折率コア層７２１および低屈折率コア層７２３と、低屈折率コア層７２１および低屈折率コア層７２３に挟まれて配置され、低屈折率コア層７２１および低屈折率コア層７２３より屈折率の高い高屈折率コア層７２２とから構成されている。コア７０２は、低屈折率コア層７２１，高屈折率コア層７２２，および低屈折率コア層７２３が、この順に積層されて構成されている。言い換えると、高屈折率コア層７２２を、低屈折率コア層（低屈折率コア層７２１，高屈折率コア層７２２）の中に挿入してコア７０２を構成している。
【００３８】
上述した本実施の形態によれば、コア７０２を、低屈折率コア層７２１および低屈折率コア層７２３と、高屈折率コア層７２２とから構成しているので、導波路全体の複屈折を小さくすることができ、光導波路におけるＴＥモードの実効屈折率とＴＭモードの実効屈折率との差を小さくすることができる。
【００３９】
以下、本実施の形態における複屈折の低減について説明する。まず、例えば、下部クラッド層７０１および上部クラッド層７０３は、酸化シリコンから構成し、下部クラッド層７０１は、よく知られたＳＯＩ基板の埋め込み酸化層を用いて構成することができる。また、単結晶シリコン基板の表面を熱酸化することで形成した酸化シリコン層を用いて構成することができる。このような酸化シリコンの層は、基板に水平方向の屈折率が１．４４５６であり、基板に垂直方向の屈折率が１．４４６７となる。
【００４０】
また、上部クラッド層７０３は、プラズマＣＶＤ法によって堆積した酸化シリコンから構成することができる。このように形成した酸化シリコンの層は、基板に水平方向の屈折率が１．４６７５であり、基板に垂直方向の屈折率が１．４６８５となる。
【００４１】
また、コア７０２は、酸化シリコンより屈折率を高くした酸化シリコン，酸窒化シリコン，および窒化シリコンから構成することができる。このようなクラッド層の材料に対して屈折率の高い酸化シリコンや酸窒化シリコンの層は、例えば、プラズマＣＶＤ法により堆積することで形成でき、この場合、基板に水平方向の屈折率は１．５０９９とし、基板に垂直方向の屈折率は１．５１３４とすることができる。また、より屈折率の高い酸化シリコンの層は、例えば、プラズマＣＶＤ法により堆積することで形成できる。
【００４２】
ここで、上述したような下部クラッド層７０１および上部クラッド層７０３に対し、コア７０２を酸窒化シリコンから構成した場合、コア７０２の断面形状を３×３μｍ程度とすることで、１．５５μｍ帯におけるシングルモード光導波路が得られる。
【００４３】
しかしながら、上述した各層は、製造過程で生じる内部応力や分子構造の異方性など様々な原因により、屈折率異方性を有している。このため、下部クラッド層７０１と上部クラッド層７０３とは、屈折率が異なることになり、コア７０２から見ると、上下方向に屈折率が非対称な状態となる。また、各層は複屈折を有している。これらのことにより、上述したようにコア７０２を単一の材料から構成した光導波路では、光導波路全体として複屈折が生じている状態となり得る。この結果、ＴＥモードの実効屈折率とＴＭモードの実効屈折率とに差が発生し、偏波依存性が生じる状態となる。
【００４４】
これに対し、本実施の形態では、コア７０２の低屈折率コア層７２１および低屈折率コア層７２３を酸窒化シリコンから構成し、ここに、より屈折率の高い酸化シリコンからなる高屈折率コア層７２２を挿入し、高屈折率コア層７２２の屈折率を制御することで光導波路全体の複屈折を制御するようにしたので、２つの偏波における実効屈折率の差を低減して偏波依存性を抑制することができるようになる。
【００４５】
例えば、シラン（ＳｉＨ4）および酸素（Ｏ2）などをソースガスに用いた電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマＣＶＤ法により酸化シリコンを堆積することで、高屈折率コア層７２２を形成すれば、ソースガスの供給比などの製造条件を制御することで、高屈折率コア層７２２を所望の屈折率に作製することができる。
【００４６】
以下、ＴＥおよびＴＭの２つの偏波の実効屈折率と、高屈折率コア層７２２の屈折率との関係について説明する。図８は、高屈折率コア層７２２に屈折率の変化に対する、ＴＥ偏波の実効屈折率（白丸）およびＴＭ偏波の実効屈折率（白四角）の変化を示す相関図である。ここでは、コア７０２の基板平面方向の断面寸法（幅）を３μｍとし、低屈折率コア層７２１および低屈折率コア層７２３の層厚は各々１．５μｍとする。また、高屈折率コア層７２２の層厚は０．２μｍとする。
【００４７】
図８から明らかなように、高屈折率コア層７２２の屈折率を１．６５２５程度とすると、ＴＥ偏波の実効屈折率とＴＭ偏波の実効屈折率との差がなくなる。また、導波路全体の複屈折を１×１０-4以下とするためには、高屈折率コア層７２２の屈折率を１．６５１〜１．６５４の範囲にすればよいことがわかる。言い換えると、高屈折率コア層７２２の屈折率を１．６５１〜１．６５４の範囲とすれば、実使用の範囲で偏波無依存の状態が得られることになる。
【００４８】
ところで、コアを形成する各層の材料は所望の屈折率が得られるならば、上述した材料に限らない。また、高屈折率コア層７２２には、酸窒化シリコンなど、材料の組成比によって容易に屈折率を制御させられる材料を用いることが望ましい。
【００４９】
なお、本実施の形態においても、前述した実施の形態１と同様に、下部クラッド層の側から見てコアの上下方向中央部に、高屈折率コア層を配置している。従って、各偏波の伝搬モードのモードフィールドの中心を、コア断面の高さ方向の中心に位置させることができる。
【００５０】
［実施の形態５］
次に、本発明の実施の形態５について説明する。図９は、本発明の実施の形態５における他の光導波路の構成を示す断面図である。この光導波路は、下部クラッド層９０１と、下部クラッド層９０１の上に形成されたコア９０２と、コア９０２の上に形成された上部クラッド層９０３とを備える。上部クラッド層９０３は、コア９０２を覆って下部クラッド層９０１の上に形成されている。
【００５１】
また、この光導波路は、コア９０２が、低屈折率コア層９２１と、この上に形成された高屈折率コア層９２２とから構成されている。高屈折率コア層９２２は、低屈折率コア層９２１より高屈折率な材料から構成されている。コア９０２は、低屈折率コア層９２１および高屈折率コア層９２２の２層構造となっている。この光導波路では、高屈折率コア層９２２を、コア９０２の上端に配置している。このようにすることで、各偏波の伝搬モードのモードフィールドの中心を、コア９０２の断面においてより高い位置にすることができる。この結果、下部クラッド層９０１の下側（例えばシリコン基板）への光の漏れ出しを低減することができるようになる。
【００５２】
次に、本実施の形態における、ＴＥおよびＴＭの２つの偏波の実効屈折率と、高屈折率コア層９２２の屈折率との関係について説明する。図１０は、高屈折率コア層９２２に屈折率の変化に対する、ＴＥ偏波の実効屈折率（白丸）およびＴＭ偏波の実効屈折率（白四角）の変化を示す相関図である。ここでは、コア９０２の基板平面方向の断面寸法（幅）を３μｍとし、低屈折率コア層９２１の層厚は３μｍとする。また、高屈折率コア層９２２の層厚は、０．１μｍとする。
【００５３】
図１０から明らかなように、高屈折率コア層９２２の屈折率を１．７７〜１７７５程度とすると、ＴＥ偏波の実効屈折率とＴＭ偏波の実効屈折率との差（複屈折）を１×１０-4以下に低減できる。
【００５４】
また、本実施の形態では、高屈折率コア層９２２の位置をコア９０２の上部としたので、モードフィールドの中心位置をより高くすることができ、支持基板の側への光の漏れ出しを偏波間で同程度にすることできるので、ＰＤＬを低減することができる。
【００５５】
［実施の形態６］
次に、本発明の実施の形態６について説明する。図１１は、本発明の実施の形態６における光導波路の構成を示す断面図である。この光導波路は、下部クラッド層１１０１と、下部クラッド層１１０１の上に形成されたコア１１０２と、コア１１０２の上に形成された上部クラッド層１１０３とを備える。上部クラッド層１１０３は、コア１１０２を覆って下部クラッド層１１０１の上に形成されている。
【００５６】
また、この光導波路は、コア１１０２が、高屈折率コア層１１２１と、この上に形成された低屈折率コア層１１２２とから構成されている。高屈折率コア層１１２１は、低屈折率コア層１１２２より高屈折率な材料から構成されている。コア１１０２は、高屈折率コア層１１２１および低屈折率コア層１１２２の２層構造となっている。この光導波路では、高屈折率コア層１１２１を、コア１１０２の下端に配置している。このようにすることで、各偏波の伝搬モードのモードフィールドの中心を、コア１１０２の断面においてより低い位置にすることができる。
【００５７】
次に、本実施の形態における、ＴＥおよびＴＭの２つの偏波の実効屈折率と、高屈折率コア層１１２１の屈折率との関係について説明する。図１２は、高屈折率コア層１１２１に屈折率の変化に対する、ＴＥ偏波の実効屈折率（白丸）およびＴＭ偏波の実効屈折率（白四角）の変化を示す相関図である。ここでは、コア１１０２の基板平面方向の断面寸法（幅）を３μｍとし、低屈折率コア層１１２２の層厚は３μｍとする。また、高屈折率コア層１１２１の層厚は、０．１μｍとする。
【００５８】
図１２から明らかなように、高屈折率コア層１１２１の屈折率を１．８０５〜１．８１程度とすると、ＴＥ偏波の実効屈折率とＴＭ偏波の実効屈折率との差（複屈折）を１×１０-4以下に低減できる。
【００５９】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形が実施可能であることは明白である。
【符号の説明】
【００６０】
１０１…下部クラッド層、１０２…コア、１０３…上部クラッド層、１２１，１２３…低屈折率コア層、１２２…高屈折率コア層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実効屈折率の偏波依存性を解消する光導波路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信網で用いられる光導波路デバイスには、偏波無依存動作が求められる。偏波無依存を実現するためには、導波路複屈折を制御して複屈折を低減することが重要となる。例えば、光導波路デバイスの光導波路は、図１３の断面図に示すように、下部クラッド１３０１、コア１３０２、および上部クラッド１３０３から構成されている。この場合、理想的に下部クラッド１３０１および上部クラッド１３０３の屈折率が等しく、さらにコア１３０２の断面形状が正方形の対称構造の場合、複屈折は０となり、ＴＥ偏波とＴＭ偏波の実効屈折率は等しく偏波無依存となる。
【０００３】
しかしながら、クラッドやコアの屈折率は、例えば材料の内部応力，原子配列の異方性などによって、容易に異方性を持つ状態になり得る。さらに、コアの断面形状を正方形に設計したとしても、製造工程において完全な正方形ではなくなることは容易に起こり得る。このように、導波路の断面構造が対称でなくなると、ＴＥ偏波とＴＭ偏波の実効屈折率に差が生じ、複屈折が生じるようになる。
【０００４】
このような複屈折を紫外線照射によって制御する技術がある（特許文献１参照）。この技術では、導波路を、紫外線照射によって変形する材料から構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３８８３３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上述した技術では、偏波無依存を実現するための光導波路の複屈折の制御のためには、紫外線照射によって変形可能な特殊な材料を用いることになるため、導波路を構成する材料に制限があり、また、制御が容易に行えないという問題がある。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、用いる材料の制限を緩和して、導波路における複屈折の制御がより簡便に行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る光導波路は、下部クラッド層と、この下部クラッド層の上に形成されたコアと、このコアの上に形成された上部クラッド層とを備え、コアは、低屈折率コア層およびこの低屈折率コア層より屈折率の高い高屈折率コア層が積層されて構成されている。
【０００９】
上記光導波路において、高屈折率コア層は、光導波路の複屈折が設定された値以下となる範囲の層厚とされていればよい。また、高屈折率コア層は、光導波路の複屈折が設定された値以下となる範囲の屈折率とされていればよい。なお、設定された値は、１×１０-4である。また、高屈折率コア層は、コアの上部に配置されているとよい。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明によれば、コアを、低屈折率コア層およびこの低屈折率コア層より屈折率の高い高屈折率コア層から構成したので、用いる材料の制限を緩和して、導波路における複屈折の制御がより簡便に行えるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における光導波路の構成を示す断面図である。
【図２】図２は、高屈折率コア層１２２に層厚の変化に対する、ＴＥ偏波の実効屈折率（白丸）およびＴＭ偏波の実効屈折率（白四角）の変化を示す相関図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２における光導波路の構成を示す断面図である。
【図４】図４は、高屈折率コア層３２２に層厚の変化に対する、ＴＥ偏波の実効屈折率（白丸）およびＴＭ偏波の実効屈折率（白四角）の変化を示す相関図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態３における他の光導波路の構成を示す断面図である。
【図６】図６は、高屈折率コア層５２１に層厚の変化に対する、ＴＥ偏波の実効屈折率（白丸）およびＴＭ偏波の実効屈折率（白四角）の変化を示す相関図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態４における光導波路の構成を示す断面図である。
【図８】図８は、高屈折率コア層７２２に屈折率の変化に対する、ＴＥ偏波の実効屈折率（白丸）およびＴＭ偏波の実効屈折率（白四角）の変化を示す相関図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態５における他の光導波路の構成を示す断面図である。
【図１０】図１０は、高屈折率コア層９２２に屈折率の変化に対する、ＴＥ偏波の実効屈折率（白丸）およびＴＭ偏波の実効屈折率（白四角）の変化を示す相関図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態６における光導波路の構成を示す断面図である。
【図１２】図１２は、高屈折率コア層１１２１に屈折率の変化に対する、ＴＥ偏波の実効屈折率（白丸）およびＴＭ偏波の実効屈折率（白四角）の変化を示す相関図である。
【図１３】図１３は、光導波路の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００１３】
［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１における光導波路の構成を示す断面図である。この光導波路は、下部クラッド層１０１と、下部クラッド層１０１の上に形成されたコア１０２と、コア１０２の上に形成された上部クラッド層１０３とを備える。上部クラッド層１０３は、コア１０２を覆って下部クラッド層１０１の上に形成されている。
【００１４】
また、本実施の形態における光導波路は、コア１０２が、低屈折率コア層１２１および低屈折率コア層１２３と、低屈折率コア層１２１および低屈折率コア層１２３に挟まれて配置され、低屈折率コア層１２１および低屈折率コア層１２３より屈折率の高い高屈折率コア層１２２とから構成されている。コア１０２は、低屈折率コア層１２１，高屈折率コア層１２２，および低屈折率コア層１２３が、この順に積層されて構成されている。言い換えると、高屈折率コア層１２２を、低屈折率コア層（低屈折率コア層１２１，高屈折率コア層１２２）の中に挿入してコア１０２を構成している。
【００１５】
上述した本実施の形態によれば、コア１０２を、低屈折率コア層１２１および低屈折率コア層１２３と、高屈折率コア層１２２とから構成しているので、導波路全体の複屈折が低減できるようになり、光導波路におけるＴＥモードの実効屈折率とＴＭモードの実効屈折率との差を低減できるようになる。
【００１６】
以下、複屈折の低減について説明する。まず、例えば、下部クラッド層１０１および上部クラッド層１０３は、酸化シリコンから構成し、コア１０２は、酸化シリコンより屈折率を高くした酸化シリコン，酸窒化シリコン，および窒化シリコンから構成することができる。
【００１７】
例えば、下部クラッド層１０１は、よく知られたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板の埋め込み酸化層を用いて構成することができる。また、単結晶シリコン基板の表面を熱酸化することで形成した酸化シリコン層を用いて構成することができる。このような酸化シリコンの層は、基板に水平方向の屈折率が１．４４５６であり、基板に垂直方向の屈折率が１．４４６７となる。
【００１８】
また、上部クラッド層１０３は、例えば、プラズマＣＶＤ法によって堆積した酸化シリコンから構成することができる。このように形成した酸化シリコンの層は、基板に水平方向の屈折率が１．４６７５であり、基板に垂直方向の屈折率が１．４６８５となる。
【００１９】
また、上述したクラッド層の材料に対して屈折率の高い酸化シリコンや酸窒化シリコンの層は、例えば、プラズマＣＶＤ法により堆積することで形成できる。例えば、プラズマＣＶＤ法により形成した酸窒化シリコンの層は、基板に水平方向の屈折率は１．５０９９とし、基板に垂直方向の屈折率は１．５１３４とすることができる。また、より屈折率の高い窒化シリコンの層は、例えば、プラズマＣＶＤ法により堆積することで形成でき、この場合、基板に水平方向の屈折率は２．００８０とし、基板に垂直方向の屈折率は１．９９９８とすることができる。
【００２０】
ここで、上述したような下部クラッド層１０１および上部クラッド層１０３に対し、コア１０２を酸窒化シリコンから構成した場合、コア１０２の断面形状を３×３μｍ程度とすることで、１．５５μｍ帯におけるシングルモード光導波路が得られる。
【００２１】
しかしながら、上述した各層は、例えば製造過程で生じる内部応力や分子構造の異方性など様々な原因により、屈折率異方性を有している。このため、下部クラッド層１０１と上部クラッド層１０３とは、屈折率が異なることになり、コア１０２から見ると、上下方向に屈折率が非対称な状態となる。加えて、各層は複屈折を有している。これらのことにより、上述したようにコア１０２を単一の材料から構成した光導波路では、光導波路全体として複屈折が生じている状態となり得る。この結果、ＴＥモードの実効屈折率とＴＭモードの実効屈折率とに差が発生し、偏波依存性が生じる状態となる。上述した場合、ＴＥモードの実効屈折率が、ＴＭモードの実効屈折率に比較して小さくなる。
【００２２】
これに対し、本実施の形態では、コア１０２に、例えば、より屈折率の高い窒化シリコンからなる高屈折率コア層１２２を挿入することで、光導波路全体の複屈折を制御するようにしたので、２つの偏波における実効屈折率の差を低減して偏波依存性を抑制することができるようになる。光導波路全体の複屈折の制御は、高屈折率コア層１２２の層厚を可変することによって行える。
【００２３】
以下、ＴＥおよびＴＭの２つの偏波の実効屈折率と、高屈折率コア層１２２の層厚との関係について説明する。図２は、高屈折率コア層１２２に層厚の変化に対する、ＴＥ偏波の実効屈折率（白丸）およびＴＭ偏波の実効屈折率（白四角）の変化を示す相関図である。ここでは、コア１０２の基板平面方向の断面寸法（幅）を３μｍとし、低屈折率コア層１２１および低屈折率コア層１２３の層厚は各々１．５μｍとする。図２から明らかなように、高屈折率コア層１２２の層厚を２３．５ｎｍ程度とすると、ＴＥ偏波の実効屈折率とＴＭ偏波の実効屈折率との差がなくなる。
【００２４】
また、本実施の形態における上述した構成の光導波路の応用としてＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）を例にすると、中心波長１．５μｍ帯における各チャネルの波長ずれを０．１ｎｍ以下に抑制するためには、光導波路の複屈折を１×１０-4以下にすればよい。ここで、複屈折は、ＴＥ偏波の実効屈折率とＴＭ偏波の実効屈折率との差であり、複屈折が１×１０-4以下の範囲は、図２において２３〜２４ｎｍとなる。言い換えると、高屈折率コア層１２２の層厚を、２３〜２４ｎｍとすれば、実使用の範囲で偏波無依存の状態が得られることになる。なお、本例では、コア１０２の層厚が変化することになるが、コアを単一の材料で構成した場合、上述した範囲でコアの層厚を変化させても、２つの偏波の実効屈折率の差がなくなる状態は得られないことが確認されている。
【００２５】
ところで、高屈折率コア層１２２は、窒化シリコンに限らず、屈折率３．５のアモルファスシリコンやポリシリコンから構成してもよい。これらシリコンから構成することで、窒化シリコンに比べて屈折率が高いため、高屈折率コア層をさらに薄くすることが可能になる。また、シリコンは、窒化シリコンのようにＮ−Ｈの振動による赤外吸収が無い。このため、高屈折率コア層１２２をシリコンから構成することで、１．５５μｍ帯の導波路の伝搬損失を低減することができる。
【００２６】
なお、言うまでもなく、上述した各層は、シリコン基板の熱酸化，火炎体積法，プラズマや熱を用いた化学気相堆積（ＣＶＤ）法、スパッタなどの物理気相成長（ＰＶＤ）法などの様々な成膜法によい形成することが可能である。実際の光導波路の作製においては、用いる材料が同じであっても製造（成膜）方法や製造（成膜）装置により、屈折率は変化し得る。これに対し、上述した本実施の形態によれば、用いる製造装置に依存する各層の屈折率異方性に応じ、高屈折率コア層の層厚を変化させればよく、各層のどのような複屈折が生じた場合でも、導波路全体の複屈折を容易に制御できる。
【００２７】
熱酸化，火炎体積法，ＣＶＤ法、ＰＶＤ法などの薄膜形成技術は、膜厚制御性に優れており、紫外線照射などの方法に比較して、複屈折の制御性が向上する。特に、高屈折率コア層の作製では、ＥＣＲスパッタ法を用いれば、良好な膜厚制御性が得られる。また、材料の組成が一意に定まり屈折率を変化させられない材料でも、膜厚制御によって実効屈折率が制御可能となる。
【００２８】
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について説明する。まず、上述した実施の形態１では、下部クラッド層の側から見てコアの上下方向中央部に、高屈折率コア層を配置している。このようにすることで、各偏波の伝搬モードのモードフィールドの中心を、コア断面の高さ方向の中心に位置させることができる。これに対し、本実施の形態２では、以下に説明するように、高屈折率コア層をコアの上側（上部）に配置した。
【００２９】
図３は、本発明の実施の形態２における光導波路の構成を示す断面図である。この光導波路は、下部クラッド層３０１と、下部クラッド層３０１の上に形成されたコア３０２と、コア３０２の上に形成された上部クラッド層３０３とを備える。上部クラッド層３０３は、コア３０２を覆って下部クラッド層３０１の上に形成されている。
【００３０】
また、この光導波路は、コア３０２が、低屈折率コア層３２１と、この上に形成された高屈折率コア層３２２とから構成されている。高屈折率コア層３２２は、低屈折率コア層３２１より高屈折率な材料から構成されている。コア３０２は、低屈折率コア層３２１および高屈折率コア層３２２の２層構造となっている。この光導波路では、高屈折率コア層３２２を、コア３０２の上端に配置している。このようにすることで、各偏波の伝搬モードのモードフィールドの中心を、コア３０２の断面においてより高い位置にすることができる。この結果、下部クラッド層３０２の下側（例えばシリコン基板）への光の漏れ出しを低減することができるようになる。
【００３１】
次に、本実施の形態における、ＴＥおよびＴＭの２つの偏波の実効屈折率と、高屈折率コア層３２２の層厚との関係について説明する。図４は、高屈折率コア層３２２に層厚の変化に対する、ＴＥ偏波の実効屈折率（白丸）およびＴＭ偏波の実効屈折率（白四角）の変化を示す相関図である。ここでは、コア３０２の基板平面方向の断面寸法（幅）を３μｍとし、低屈折率コア層３２１の層厚は３μｍとする。図４から明らかなように、高屈折率コア層３２２の層厚を４２ｎｍ程度とすると、ＴＥ偏波の実効屈折率とＴＭ偏波の実効屈折率との差（複屈折）を１×１０-4以下に低減できる。
【００３２】
ところで、下部クラッド層３０１の厚さによっては、偏波によって下部クラッド層３０１の下側の支持基板層（不図示）への光の漏れ出しが異なり、偏波間の伝搬損失に差が生じてしまうことがある。このことが原因で、光導波路デバイスに偏波依存損失（ＰＤＬ）が生じる。これに対し、上述したように高屈折率コア層３２２の位置によりモードフィールド高さを制御し、支持基板の側への光の漏れ出しを偏波間で同程度にすることで、ＰＤＬを低減することができる。
【００３３】
［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３について説明する。図５は、本発明の実施の形態３における他の光導波路の構成を示す断面図である。この光導波路は、下部クラッド層５０１と、下部クラッド層５０１の上に形成されたコア５０２と、コア５０２の上に形成された上部クラッド層５０３とを備える。上部クラッド層５０３は、コア５０２を覆って下部クラッド層５０１の上に形成されている。
【００３４】
また、この光導波路は、コア５０２が、高屈折率コア層５２１と、この上に形成された低屈折率コア層５２２とから構成されている。高屈折率コア層５２１は、低屈折率コア層５２２より高屈折率な材料から構成されている。コア５０２は、高屈折率コア層５２１および低屈折率コア層５２２の２層構造となっている。この光導波路では、高屈折率コア層５２１を、コア５０２の下端に配置している。このようにすることで、各偏波の伝搬モードのモードフィールドの中心を、コア５０２の断面においてより低い位置にすることができる。
【００３５】
次に、本実施の形態における、ＴＥおよびＴＭの２つの偏波の実効屈折率と、高屈折率コア層５２１の層厚との関係について説明する。図６は、高屈折率コア層５２１に層厚の変化に対する、ＴＥ偏波の実効屈折率（白丸）およびＴＭ偏波の実効屈折率（白四角）の変化を示す相関図である。ここでは、コア５０２の基板平面方向の断面寸法（幅）を３μｍとし、低屈折率コア層５２２の層厚は３μｍとする。図６から明らかなように、高屈折率コア層５２１の層厚を５２ｎｍ程度とすると、ＴＥ偏波の実効屈折率とＴＭ偏波の実効屈折率との差（複屈折）を１×１０-4以下に低減できる。
【００３６】
［実施の形態４］
次に、本発明の実施の形態４について説明する。図７は、本発明の実施の形態４における光導波路の構成を示す断面図である。この光導波路は、下部クラッド層７０１と、下部クラッド層７０１の上に形成されたコア７０２と、コア７０２の上に形成された上部クラッド層７０３とを備える。上部クラッド層７０３は、コア７０２を覆って下部クラッド層７０１の上に形成されている。
【００３７】
また、本実施の形態における光導波路は、コア７０２が、低屈折率コア層７２１および低屈折率コア層７２３と、低屈折率コア層７２１および低屈折率コア層７２３に挟まれて配置され、低屈折率コア層７２１および低屈折率コア層７２３より屈折率の高い高屈折率コア層７２２とから構成されている。コア７０２は、低屈折率コア層７２１，高屈折率コア層７２２，および低屈折率コア層７２３が、この順に積層されて構成されている。言い換えると、高屈折率コア層７２２を、低屈折率コア層（低屈折率コア層７２１，高屈折率コア層７２２）の中に挿入してコア７０２を構成している。
【００３８】
上述した本実施の形態によれば、コア７０２を、低屈折率コア層７２１および低屈折率コア層７２３と、高屈折率コア層７２２とから構成しているので、導波路全体の複屈折を小さくすることができ、光導波路におけるＴＥモードの実効屈折率とＴＭモードの実効屈折率との差を小さくすることができる。
【００３９】
以下、本実施の形態における複屈折の低減について説明する。まず、例えば、下部クラッド層７０１および上部クラッド層７０３は、酸化シリコンから構成し、下部クラッド層７０１は、よく知られたＳＯＩ基板の埋め込み酸化層を用いて構成することができる。また、単結晶シリコン基板の表面を熱酸化することで形成した酸化シリコン層を用いて構成することができる。このような酸化シリコンの層は、基板に水平方向の屈折率が１．４４５６であり、基板に垂直方向の屈折率が１．４４６７となる。
【００４０】
また、上部クラッド層７０３は、プラズマＣＶＤ法によって堆積した酸化シリコンから構成することができる。このように形成した酸化シリコンの層は、基板に水平方向の屈折率が１．４６７５であり、基板に垂直方向の屈折率が１．４６８５となる。
【００４１】
また、コア７０２は、酸化シリコンより屈折率を高くした酸化シリコン，酸窒化シリコン，および窒化シリコンから構成することができる。このようなクラッド層の材料に対して屈折率の高い酸化シリコンや酸窒化シリコンの層は、例えば、プラズマＣＶＤ法により堆積することで形成でき、この場合、基板に水平方向の屈折率は１．５０９９とし、基板に垂直方向の屈折率は１．５１３４とすることができる。また、より屈折率の高い酸化シリコンの層は、例えば、プラズマＣＶＤ法により堆積することで形成できる。
【００４２】
ここで、上述したような下部クラッド層７０１および上部クラッド層７０３に対し、コア７０２を酸窒化シリコンから構成した場合、コア７０２の断面形状を３×３μｍ程度とすることで、１．５５μｍ帯におけるシングルモード光導波路が得られる。
【００４３】
しかしながら、上述した各層は、製造過程で生じる内部応力や分子構造の異方性など様々な原因により、屈折率異方性を有している。このため、下部クラッド層７０１と上部クラッド層７０３とは、屈折率が異なることになり、コア７０２から見ると、上下方向に屈折率が非対称な状態となる。また、各層は複屈折を有している。これらのことにより、上述したようにコア７０２を単一の材料から構成した光導波路では、光導波路全体として複屈折が生じている状態となり得る。この結果、ＴＥモードの実効屈折率とＴＭモードの実効屈折率とに差が発生し、偏波依存性が生じる状態となる。
【００４４】
これに対し、本実施の形態では、コア７０２の低屈折率コア層７２１および低屈折率コア層７２３を酸窒化シリコンから構成し、ここに、より屈折率の高い酸化シリコンからなる高屈折率コア層７２２を挿入し、高屈折率コア層７２２の屈折率を制御することで光導波路全体の複屈折を制御するようにしたので、２つの偏波における実効屈折率の差を低減して偏波依存性を抑制することができるようになる。
【００４５】
例えば、シラン（ＳｉＨ4）および酸素（Ｏ2）などをソースガスに用いた電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマＣＶＤ法により酸化シリコンを堆積することで、高屈折率コア層７２２を形成すれば、ソースガスの供給比などの製造条件を制御することで、高屈折率コア層７２２を所望の屈折率に作製することができる。
【００４６】
以下、ＴＥおよびＴＭの２つの偏波の実効屈折率と、高屈折率コア層７２２の屈折率との関係について説明する。図８は、高屈折率コア層７２２に屈折率の変化に対する、ＴＥ偏波の実効屈折率（白丸）およびＴＭ偏波の実効屈折率（白四角）の変化を示す相関図である。ここでは、コア７０２の基板平面方向の断面寸法（幅）を３μｍとし、低屈折率コア層７２１および低屈折率コア層７２３の層厚は各々１．５μｍとする。また、高屈折率コア層７２２の層厚は０．２μｍとする。
【００４７】
図８から明らかなように、高屈折率コア層７２２の屈折率を１．６５２５程度とすると、ＴＥ偏波の実効屈折率とＴＭ偏波の実効屈折率との差がなくなる。また、導波路全体の複屈折を１×１０-4以下とするためには、高屈折率コア層７２２の屈折率を１．６５１〜１．６５４の範囲にすればよいことがわかる。言い換えると、高屈折率コア層７２２の屈折率を１．６５１〜１．６５４の範囲とすれば、実使用の範囲で偏波無依存の状態が得られることになる。
【００４８】
ところで、コアを形成する各層の材料は所望の屈折率が得られるならば、上述した材料に限らない。また、高屈折率コア層７２２には、酸窒化シリコンなど、材料の組成比によって容易に屈折率を制御させられる材料を用いることが望ましい。
【００４９】
なお、本実施の形態においても、前述した実施の形態１と同様に、下部クラッド層の側から見てコアの上下方向中央部に、高屈折率コア層を配置している。従って、各偏波の伝搬モードのモードフィールドの中心を、コア断面の高さ方向の中心に位置させることができる。
【００５０】
［実施の形態５］
次に、本発明の実施の形態５について説明する。図９は、本発明の実施の形態５における他の光導波路の構成を示す断面図である。この光導波路は、下部クラッド層９０１と、下部クラッド層９０１の上に形成されたコア９０２と、コア９０２の上に形成された上部クラッド層９０３とを備える。上部クラッド層９０３は、コア９０２を覆って下部クラッド層９０１の上に形成されている。
【００５１】
また、この光導波路は、コア９０２が、低屈折率コア層９２１と、この上に形成された高屈折率コア層９２２とから構成されている。高屈折率コア層９２２は、低屈折率コア層９２１より高屈折率な材料から構成されている。コア９０２は、低屈折率コア層９２１および高屈折率コア層９２２の２層構造となっている。この光導波路では、高屈折率コア層９２２を、コア９０２の上端に配置している。このようにすることで、各偏波の伝搬モードのモードフィールドの中心を、コア９０２の断面においてより高い位置にすることができる。この結果、下部クラッド層９０１の下側（例えばシリコン基板）への光の漏れ出しを低減することができるようになる。
【００５２】
次に、本実施の形態における、ＴＥおよびＴＭの２つの偏波の実効屈折率と、高屈折率コア層９２２の屈折率との関係について説明する。図１０は、高屈折率コア層９２２に屈折率の変化に対する、ＴＥ偏波の実効屈折率（白丸）およびＴＭ偏波の実効屈折率（白四角）の変化を示す相関図である。ここでは、コア９０２の基板平面方向の断面寸法（幅）を３μｍとし、低屈折率コア層９２１の層厚は３μｍとする。また、高屈折率コア層９２２の層厚は、０．１μｍとする。
【００５３】
図１０から明らかなように、高屈折率コア層９２２の屈折率を１．７７〜１７７５程度とすると、ＴＥ偏波の実効屈折率とＴＭ偏波の実効屈折率との差（複屈折）を１×１０-4以下に低減できる。
【００５４】
また、本実施の形態では、高屈折率コア層９２２の位置をコア９０２の上部としたので、モードフィールドの中心位置をより高くすることができ、支持基板の側への光の漏れ出しを偏波間で同程度にすることできるので、ＰＤＬを低減することができる。
【００５５】
［実施の形態６］
次に、本発明の実施の形態６について説明する。図１１は、本発明の実施の形態６における光導波路の構成を示す断面図である。この光導波路は、下部クラッド層１１０１と、下部クラッド層１１０１の上に形成されたコア１１０２と、コア１１０２の上に形成された上部クラッド層１１０３とを備える。上部クラッド層１１０３は、コア１１０２を覆って下部クラッド層１１０１の上に形成されている。
【００５６】
また、この光導波路は、コア１１０２が、高屈折率コア層１１２１と、この上に形成された低屈折率コア層１１２２とから構成されている。高屈折率コア層１１２１は、低屈折率コア層１１２２より高屈折率な材料から構成されている。コア１１０２は、高屈折率コア層１１２１および低屈折率コア層１１２２の２層構造となっている。この光導波路では、高屈折率コア層１１２１を、コア１１０２の下端に配置している。このようにすることで、各偏波の伝搬モードのモードフィールドの中心を、コア１１０２の断面においてより低い位置にすることができる。
【００５７】
次に、本実施の形態における、ＴＥおよびＴＭの２つの偏波の実効屈折率と、高屈折率コア層１１２１の屈折率との関係について説明する。図１２は、高屈折率コア層１１２１に屈折率の変化に対する、ＴＥ偏波の実効屈折率（白丸）およびＴＭ偏波の実効屈折率（白四角）の変化を示す相関図である。ここでは、コア１１０２の基板平面方向の断面寸法（幅）を３μｍとし、低屈折率コア層１１２２の層厚は３μｍとする。また、高屈折率コア層１１２１の層厚は、０．１μｍとする。
【００５８】
図１２から明らかなように、高屈折率コア層１１２１の屈折率を１．８０５〜１．８１程度とすると、ＴＥ偏波の実効屈折率とＴＭ偏波の実効屈折率との差（複屈折）を１×１０-4以下に低減できる。
【００５９】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形が実施可能であることは明白である。
【符号の説明】
【００６０】
１０１…下部クラッド層、１０２…コア、１０３…上部クラッド層、１２１，１２３…低屈折率コア層、１２２…高屈折率コア層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部クラッド層と、
この下部クラッド層の上に形成されたコアと、
このコアの上に形成された上部クラッド層と
を備え、
前記コアは、低屈折率コア層およびこの低屈折率コア層より屈折率の高い高屈折率コア層が積層されて構成されていることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
請求項１記載の光導波路において、
前記高屈折率コア層は、前記光導波路の複屈折が設定された値以下となる範囲の層厚とされている
ことを特徴とする光導波路。
【請求項３】
請求項１記載の光導波路において、
前記高屈折率コア層は、前記光導波路の複屈折が設定された値以下となる範囲の屈折率とされている
ことを特徴とする光導波路。
【請求項４】
請求項２または３記載の光導波路において、
前記設定された値は、１×１０-4であることを特徴とする光導波路。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光導波路において、
前記高屈折率コア層は、前記コアの上部に配置されていることを特徴とする光導波路。
【請求項１】
下部クラッド層と、
この下部クラッド層の上に形成されたコアと、
このコアの上に形成された上部クラッド層と
を備え、
前記コアは、低屈折率コア層およびこの低屈折率コア層より屈折率の高い高屈折率コア層が積層されて構成されていることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
請求項１記載の光導波路において、
前記高屈折率コア層は、前記光導波路の複屈折が設定された値以下となる範囲の層厚とされている
ことを特徴とする光導波路。
【請求項３】
請求項１記載の光導波路において、
前記高屈折率コア層は、前記光導波路の複屈折が設定された値以下となる範囲の屈折率とされている
ことを特徴とする光導波路。
【請求項４】
請求項２または３記載の光導波路において、
前記設定された値は、１×１０-4であることを特徴とする光導波路。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光導波路において、
前記高屈折率コア層は、前記コアの上部に配置されていることを特徴とする光導波路。
【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１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−２３２６４９（Ｐ２０１１−２３２６４９Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０４３２２（Ｐ２０１０−１０４３２２）
【出願日】平成２２年４月２８日（２０１０．４．２８）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２８日（２０１０．４．２８）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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