特開 2023-62614 光導波路素子および光変調器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023062614

(43)【公開日】2023-05-08

(54)【発明の名称】光導波路素子および光変調器

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/065 20060101AFI20230426BHJP

   G02F 1/07 20060101ALI20230426BHJP

【ＦＩ】

G02F1/065

G02F1/07 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021172686

(22)【出願日】2021-10-21

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）２０１９年度国立研究開発法人科学技術振興機構、研究成果展開事業 研究成果最適展開支援プログラム 産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】309015134

【氏名又は名称】富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104190

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 昭徳

(72)【発明者】

【氏名】毛塚 昭仁

(72)【発明者】

【氏名】赤司 保

【テーマコード（参考）】

2K102

【Ｆターム（参考）】

2K102AA21

2K102BA02

2K102BB01

2K102BB04

2K102BC04

2K102BD01

2K102CA00

2K102DA04

2K102DB04

2K102DB05

2K102DC08

2K102DD01

2K102EA02

2K102EB11

2K102EB22

(57)【要約】

【課題】スロット溝外部への電気光学型ポリマ材料の拡散を防止できること。
【解決手段】基板のＳｉＯ₂層１００にはスロット溝１０１が溝形成される。スロット溝１０１には一対の電極１１０が配置され、スロット溝１０１には、ＥＯポリマ材料４１０が充填される。ＳｉＯ₂層１００の表面１００ａには、スロット溝１０１の外側に，スロット溝１０１の長さ方向に沿って段差部１０２が形成される。段差部１０２は、スロット溝１０１に充填されたＥＯポリマ材料４１０が表面張力によりスロット溝１０１から側壁を這い上がりＳｉＯ₂層１００の表面１００ａで拡散することを防止する。
【選択図】図４Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板に形成されたスロット溝と、
前記スロット溝に配置された一対の電極と、
前記スロット溝に充填される電気光学型ポリマ材料と、
前記スロット溝の外側に、前記スロット溝の長さ方向に沿って形成された段差部と、を有することを特徴とする光導波路素子。

【請求項2】

前記段差部は、前記基板の前記スロット溝の幅方向上に形成されたへこみ部により、前記スロット溝と前記へこみ部との間に形成されることを特徴とする請求項１に記載の光導波路素子。

【請求項3】

前記段差部は、前記基板の前記スロット溝の幅方向上で、前記スロット溝から所定幅離れた位置に突出形成された壁部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。

【請求項4】

前記スロット溝の底部に、前記一対の電極の両側部に形成された一対の突部を有することを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の光導波路素子。

【請求項5】

前記突部は、前記スロット溝の底部の位置における前記電気光学型ポリマ材料の必要な厚み以上の高さを有することを特徴とする請求項４に記載の光導波路素子。

【請求項6】

前記突部は、前記一対の電極の両側部にそれぞれ複数設けられることを特徴とする請求項４または５に記載の光導波路素子。

【請求項7】

前記突部は、前記一対の電極に長さ方向に沿った板状、あるいは複数の柱状の突起からなることを特徴とする請求項４～６のいずれか一つに記載の光導波路素子。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか一つに記載の光導波路素子をマッハツェンダー型干渉計に用いたことを特徴とする光変調器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光導波路素子および光変調器に関する。

【背景技術】

【0002】

光通信ネットワークの伝送容量の増大に対応するため、光変調器が高速化されている。超高速な光通信を実現可能な光変調器として、従来のＬｉＮｂＯ₃（ニオブ酸リチウム）よりも高い電気光学効果を有し、かつ広帯域性を有する電気光学型ポリマ材料（Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｏｐｔｉｃ、ＥＯポリマ材料と称する）を用いた光変調器が提案されている。近接する２本の導電性電極間にＥＯポリマ材料を設けた光変調器は、低駆動電圧および耐熱性を有する。

【0003】

ＥＯポリマ材料を用いた光変調器としては、例えば、Ｓｉ（シリコン）基板のＳｉＯ₂（シリカ）層にスロット溝を形成し、スロット溝の底面に一対の電極を対向して設け、スロット溝にＥＯポリマ材料を充填してなるものがある（例えば、下記特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－４３２６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、光変調器では、スロット溝内だけにＥＯポリマ材料を留まらせることが難しく、スロット溝外部に拡散してしまう。例えば、スロット溝の幅は光変調の特性を確保するため、数十ミクロン程度が望ましいが、スロット溝の幅がＥＯポリマのディスペンサノズルの内径よりも狭い場合や、ＥＯポリマ材料の溶液が低濃度の場合、ディスペンサノズルから吐出したＥＯポリマ材料がスロット溝外部のＳｉＯ₂層上に流れ出して拡散する。Ｓｉ基板の表面に搭載された他の素子や電極等にＥＯポリマ材料が付着すると、次工程での組み立てや信頼性に影響を与える。

【0006】

一つの側面では、本発明は、スロット溝外部への電気光学型ポリマ材料の拡散を防止できることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

一つの実施態様によれば、基板に形成されたスロット溝と、前記スロット溝に配置された一対の電極と、前記スロット溝に充填される電気光学型ポリマ材料と、前記スロット溝の外側に、前記スロット溝の長さ方向に沿って形成された段差部と、が形成された光導波路素子および光変調器が提案される。

【発明の効果】

【0008】

一態様によれば、スロット溝外部への電気光学型ポリマ材料の拡散を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施の形態にかかる光導波路素子を示す部分断面図である。

【図2】図２は、実施の形態にかかる光導波路素子を示す部分平面図である。

【図3】図３は、マッハツェンダー型干渉計部分を示す平面図である。

【図4A】図４Ａは、光導波路素子にＥＯポリマ材料を充填した状態を示す図である。（その１）

【図4B】図４Ｂは、光導波路素子にＥＯポリマ材料を充填した状態を示す図である。（その２）

【図5】図５は、マッハツェンダー型干渉計部分の光強度分布を示す図である。

【図6】図６は、スロット溝の部分拡大図である。

【図7】図７は、光変調器の構成例を示す図である。

【図8】図８は、他の実施の形態にかかる光導波路素子を示す部分断面図である。

【図9A】図９Ａは、他の実施の形態にかかる光導波路素子を示す部分平面図である。（その１）

【図9B】図９Ｂは、他の実施の形態にかかる光導波路素子を示す部分平面図である。（その２）

【図10】図１０は、実施の形態と対比用の従来の光導波路素子の構成例の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、図面を参照して、本発明にかかる光導波路素子および光変調器の実施の形態を詳細に説明する。実施の形態では、光導波路素子としてＥＯポリマ材料を用いた光変調器を例に説明する。光変調器は、光伝送の光送信部に設けられ、入力される電気信号を光信号に変換して光送信する。

【0011】

（光導波路素子の構成例）
図１は、実施の形態にかかる光導波路素子を示す部分断面図、図２は、実施の形態にかかる光導波路素子を示す部分平面図である。基板の表面のＳｉＯ₂層１００には、幅方向Ｘに所定幅を有し、長さ方向Ｙに所定長さを有するスロット溝１０１が形成されている。

【0012】

基板は、例えば、Ｓｉ基板と、Ｓｉ基板の表面に形成されたＳｉＯ₂層１００と、を含む。図１には、基板の最も表面側に位置するＳｉＯ₂層１００を示している。スロット溝１０１は、例えば、光変調器のマッハツェンダー型干渉計の構成の一部である。以下、先ず、スロット溝１０１周囲の構造について説明し、光変調器の各部の構成については後述する。

【0013】

スロット溝１０１の底面１０１ｂの中央部分には、Ｘ方向に所定間隔を有し、Ｙ方向に連続する一対の電極１１０が設けられる。また、ＳｉＯ₂層１００の表面１００ａには、スロット溝１０１の両側部にそれぞれ、スロット溝１０１の長さ方向（Ｙ方向）に連続する段差部１０２が形成されている。

【0014】

図１に示す例では、基板の表面において、スロット溝１０１の幅方向（Ｘ方向）の両側部に、スロット溝１０１から所定距離離れてスロット溝１０１の長さ方向（Ｙ方向）に連続するへこみ部１０３が設けられる。へこみ部１０３を設けることにより、スロット溝１０１とへこみ部１０３との間には、スロット溝１０１の長さ方向（Ｙ方向）に連続する段差部１０２が形成される。

【0015】

図３は、マッハツェンダー型干渉計部分を示す平面図である。図３は、光変調器のうち、図１、図２に部分構造を示した光導波路素子を用いたマッハツェンダー型干渉計３００の部分を示す。マッハツェンダー型干渉計３００のスロット溝１０１内の電極１１０（図１参照）に電圧を印加することで、光導波路３０１内を伝搬する光を変調する。

【0016】

光導波路３０１は、２本のアームの光導波路に分岐された後、再び光導波路に結合して光出力される。図１の部分断面図は、図３に示す分岐された一方の光導波路部分のＡ－Ａ線断面に相当する。

【0017】

これら図１～図３において、例えば、スロット溝１０１の幅Ｗは３０μｍ程度であり、深さＤは１０μｍ以下程度であり、長さＬは数ｍｍ程度である。また、例えば、電極１１０の高さｈは０．３μｍ程度である。また、例えば、へこみ部１０３の深さは数ｎｍ～数μｍ程度である。

【0018】

図４Ａ，図４Ｂは、光導波路素子にＥＯポリマ材料を充填した状態を示す図である。図４Ａ，図４Ｂは、段差部１０２の異なる構成例を示す。図４Ａにおいて、図１に示したスロット溝１０１の上部にディスペンサを位置させ、スロット溝１０１の長さ（Ｙ方向）に沿ってディスペンサを移動させながらディスペンサノズル４０１からスロット溝１０１内部にＥＯポリマ材料４１０を充填していく。

【0019】

図４Ａに示すように、ディスペンサノズル４０１のノズル内径Ｗ１は４０μｍ程度であり、現状、スロット溝１０１の幅Ｗよりも広い。ディスペンサノズル４０１から液体の状態で吐出させたＥＯポリマ材料４１０は、スロット溝１０１内の電極１１０の間、および電極１１０上に充填される。ＥＯポリマ材料４１０は、スロット溝１０１内部において断面がメニスカス形状を有して形成され、その後溶液が揮発して硬化する。ここで、ＥＯポリマ材料４１０は、スロット溝１０１の底面１０１ｂから所定の高さ（厚み）ｈ１を有して形成する必要がある。

【0020】

図５は、マッハツェンダー型干渉計部分の光強度分布を示す図である。ＥＯポリマ材料４１０を用いた光導波路３０１は、一対の電極１１０を中央として、電極１１０の高さｈの２倍程度の楕円形の光強度分布を有する。

【0021】

このため、図４Ａに示すＥＯポリマ材料４１０の底面１０１ｂからの必要な厚みｈ１は、電極１１０の高さｈの２倍程度とすることが好ましい。例えば、電極１１０の高さｈが０．３μｍの場合、ＥＯポリマ材料４１０の底面１０１ｂからの必要な厚みｈ１は０．６μｍ程度とする。

【0022】

スロット溝１０１内でのＥＯポリマ材料４１０の厚みｈ１が薄いと、伝搬する光が散乱して伝搬損失が生じる。伝搬損失を低減するためには、ＥＯポリマ材料の厚みｈ１が０．６μｍ程度必要である。ここで、ＥＯポリマ材料４１０の厚みｈ１が厚い場合、乾燥収縮時の応力により界面からの剥がれや割れが発生する。光導波路３０１内に剥がれや割れが発生すると伝搬損失が生ずる。例えば、ＥＯポリマ材料４１０の界面からの剥離等を抑えるには、ＥＯポリマ材料４１０を低濃度の溶液とし、１回の膜厚を薄く塗ることが考えられる。

【0023】

ここで、単に、スロット溝１０１内部に低濃度のＥＯポリマ材料４１０を塗布した場合、表面張力の影響によりスロット溝１０１の側壁へのＥＯポリマ材料４１０の這い上がりが生じる。ＥＯポリマ材料４１０は、溶液が低濃度（低粘度）になるほど、スロット溝１０１の側壁への這い上がりが増える。この際、スロット溝１０１内でＥＯポリマ材料４１０の厚みｈ１を確保するためには塗布回数が増加し、また、スロット溝１０１の側壁でのＥＯポリマ材料４１０の厚みが増えた部分からＥＯポリマ材料４１０のひび割れが発生しやすくなる。

【0024】

また、ＥＯポリマ材料４１０の拡散により、スロット溝１０１内部のＥＯポリマ材料４１０の液量が減る。この場合、光導波路３０１（スロット溝１０１）内でのＥＯポリマ材料４１０の厚みｈ１を確保することが難しくなり、光学特性を劣化させる。

【0025】

この課題に対し、実施の形態では、ＥＯポリマ材料４１０の厚みｈ１を必要量確保し、かつ均一化させ、ＳｉＯ₂層１００の表面１００ａでの拡散を防止する構造を提供する。例えば、ＥＯポリマ材料４１０を低濃度の溶液とし、１回の膜厚を薄く塗った場合であっても、スロット溝１０１の側壁への這い上がり後のＳｉＯ₂層１００の表面１００ａでの拡散を防止する。

【0026】

図４Ａに示すように、スロット溝１０１部分にＥＯポリマ材料４１０を充填した際、スロット溝１０１内に入ったＥＯポリマ材料４１０は、表面張力によりスロット溝１０１の両側壁を擦り上がるように移動して断面がメニスカス形状となる。その結果、スロット溝１０１内のＥＯポリマ材料４１０が表面張力によりスロット溝１０１の側壁へ這い上がりが生じる。

【0027】

ここで、実施の形態では、基板の表面において、スロット溝１０１の両側部にそれぞれ、スロット溝１０１の長さ方向（Ｙ方向）に沿って段差部１０２が設けられている。図４Ａに示す段差部１０２は、基板の表面、例えば、ＳｉＯ₂層１００の表面１００ａに形成したへこみ部１０３により、スロット溝１０１とへこみ部１０３との間に形成されている。

【0028】

例えば、へこみ部１０３は、ＳｉＯ₂層１００上にへこみ部１０３以外の箇所にマスクを配置し、エッチングすることで形成できる。そして、へこみ部１０３の形成により、スロット溝１０１とへこみ部１０３との間には所定幅Ｗａを有する段差部１０２が形成される。段差部１０２の表面の高さ位置は、ＳｉＯ₂層１００の表面１００ａと同じ高さ位置である。

【0029】

段差部１０２を設けることにより、スロット溝１０１の両側壁を擦り上がったＥＯポリマ材料４１０は、幅方向（Ｘ方向）で見て、段差部１０２の部分に留まる。ＥＯポリマ材料４１０は、段差部１０２の外側端部１０２ａ（へこみ部１０３の内側端部）でいわゆるピン止め効果により塗れ性が悪くなり、表面張力により段差部１０２部分で盛り上がった形で留まる（符号４１０ａ）。

【0030】

段差部１０２（へこみ部１０３）を設けることで、段差部１０２は、ＳｉＯ₂層１００の表面１００ａでのＥＯポリマ材料４１０の拡散を防止する。段差部１０２は、スロット溝１０１の長さ方向（Ｙ方向）全域において、スロット溝１０１の幅方向（Ｘ方向）の両側部において外部（ＳｉＯ₂層１００の表面１００ａ）へのＥＯポリマ材料４１０の拡散を防止する。

【0031】

図４Ｂには、段差部１０２の他の構成例を示す。図４Ｂに示す段差部１０２は、基板の表面、例えば、ＳｉＯ₂層１００の表面１００ａに形成した壁部４０３を含む。図４Ｂでは、ディスペンサノズル４０１の記載を省略している。

【0032】

壁部４０３は、ＳｉＯ₂層１００の表面１００ａのスロット溝１０１の幅方向上で、スロット溝１０１から所定幅Ｗａ離れた位置に形成される。例えば、壁部４０３は、ＳｉＯ₂層１００上の壁部４０３の箇所にマスクを配置し、エッチングすることで形成できる。そして、壁部４０３の表面の高さ位置は、ＳｉＯ₂層１００の表面１００ａより高い位置となる。

【0033】

段差部１０２（壁部４０３）を設けることにより、スロット溝１０１の両側壁を擦り上がったＥＯポリマ材料４１０は、幅方向（Ｘ方向）で見て、段差部１０２（壁部４０３）の部分に留まる。

【0034】

図４Ｂ（ａ）に示すように、ＥＯポリマ材料４１０は、擦り上がったＥＯポリマ材料の量が少ない場合は、壁部４０３のスロット溝側の壁部４０３ａで留まる（符号４１０ｂ）。一方、図４Ｂ（ｂ）に示すように、ＥＯポリマ材料４１０は、擦り上がったＥＯポリマ材料の量が多い場合は、壁部４０３の外側端部４０３ｂでいわゆるピン止め効果により塗れ性が悪くなり、表面張力により壁部４０３部分で盛り上がった形で留まる（符号４１０ｃ）。

【0035】

段差部１０２（壁部４０３）を設けることで、ＳｉＯ₂層１００の表面１００ａでのＥＯポリマ材料４１０の拡散を防止する。段差部１０２は、スロット溝１０１の長さ方向（Ｙ方向）全域において、スロット溝１０１の幅方向（Ｘ方向）の両側部において外部（ＳｉＯ₂層１００の表面１００ａ）へのＥＯポリマ材料４１０の拡散を防止する。

【0036】

図４Ａ，図４Ｂに示した例では、段差部１０２の表面は、平坦な形状とした。図４Ａに示す例の段差部１０２は、へこみ部１０３の底面が平坦であり、図４Ｂに示す例の段差部１０２は、壁部４０３の上面が平坦とした。これに限らず、段差部１０２は、ピン止め効果が得られる各種形状としてもよく、例えば、段差部１０２は、三角（△）等の頂点を有し側壁が傾斜する形状や、側壁が円弧状あるいは複数段の階段状に形成してもよい。例えば、図４Ａに示す例の段差部１０２は、へこみ部１０３を逆三角（▽）形状としてもよい。また、図４Ｂに示す例の段差部１０２は、壁部４０３を三角（△）形状としてもよい。

【0037】

図４Ａ，図４Ｂに示した段差部１０２を設けることで、ＥＯポリマ材料４１０がＳｉＯ₂層１００の表面１００ａ上で段差部１０２を超えて幅方向（Ｘ方向）に拡散することを防止する。これにより、ＳｉＯ₂層１００の表面１００ａ上に搭載された他の素子の汚染を防ぐことができる。

【0038】

同時に、スロット溝１０１に充填したＥＯポリマ材料４１０をスロット溝１０１の外部に流れ出すことを抑えることができた分、スロット溝１０１内部にＥＯポリマ材料４１０を留まらせることができる。そして、スロット溝１０１内部でＥＯポリマ材料４１０に必要な厚みｈ１を確保できるようになる。また、ＥＯポリマ材料４１０の塗布回数を削減でき、その分ＥＯポリマ材料４１０の使用量を削減でき、製造の工数も削減できるようになる。

【0039】

図６は、スロット溝の部分拡大図である。図６の構成例では、基板は、Ｓｉ基板６０１の表面に形成されたＳｉＯ₂層６０２と、ＳｉＯ₂層６０２の表面に形成されたＳｉ層６０３と、Ｓｉ層６０３の表面に形成された上記のＳｉＯ₂層１００とを含む。ＳｉＯ₂層１００上にマスクを配置し、エッチングすることでスロット溝１０１を形成できる。なお、ＳｉＯ₂層の上にさらにＳｉＮなどの表面層を設けても良い。

【0040】

スロット溝１０１の幅方向（Ｘ方向）中央部には、一対の電極１１０が形成され、一対の電極１１０により光導波路３０１が形成される。一対の電極１１０間には、ＳｉＯ₂層１００部分まで溝６１０が掘り込み形成される。溝６１０の幅は、例えば、１００ｎｍ程度である。

【0041】

スロット溝１０１内部には、２本の電極１１０の間の小さな溝６１０、および電極１１０上に、ＥＯポリマ材料４１０が充填される。スロット溝１０１内部にＥＯポリマ材料４１０が充填された状態で、２本の導電性の電極１１０に電圧を加えることで、ＥＯポリマ材料４１０の屈折率ｎが変化し、光学的な光路長ｎｄが変化する。

【0042】

図３に示したマッハツェンダー型干渉計３００の２本のアームで適切な電圧差を与えることで干渉計の干渉条件が変化し、光変調を行うことができる。なお、ＥＯポリマ材料４１０がスロット溝１０１に充填された状態で、光導波路３０１の光伝搬損失が小さくなるように２本の電極１１０の形状が設計される。

【0043】

図７は、光変調器の構成例を示す図である。図７には、上記の光導波路素子（光導波路３０１）を有する集積型の光変調器７００として、シンボルレート９６Ｇｂａｕｄ／ｓｅｃのＤＰ－ＱＰＳＫ用のＥＯポリマ光変調器の例を示す。

【0044】

光変調器７００は、光送信部７００Ａと、光受信部７００Ｂの機能を有する。光変調器７００は、マッハツェンダー型干渉計３００、Ｇｅドープ型の受光素子７０２、９０度ハイブリッド素子７０３、偏波スプリッタ７０４、偏波コンバイナ７０５、偏波ローテータ７０６、等の素子を集積して設けられる。

【0045】

光送信部７００Ａは、マッハツェンダー型干渉計３００、偏波コンバイナ７０５、偏波ローテータ７０６、不図示のドライバ等を含む。ドライバは、マッハツェンダー型干渉計３００に対し送信データを出力し、変調方式に応じて電極１１０の電圧を変化させることで、干渉条件を変化させる。

【0046】

光受信部７００Ｂは、Ｇｅドープ型の受光素子７０２、９０度ハイブリッド素子７０３、偏波スプリッタ７０４、偏波ローテータ７０６等を含む。これらの素子３００，７０２～７０６は、Ｓｉ基板６０１上に形成され、シリコンフォトニクス素子とも言われる。また、これらの素子間は、光が伝搬する光導波路で接続されている。

【0047】

光送信部７００Ａ側において、図７に示す例のマッハツェンダー型干渉計３００は、８本の光導波路３０１からなる。８本の光導波路３０１は、２つの親マッハツェンダー型干渉計３００ａ，３００ｂと、親マッハツェンダー型干渉計３００ａ，３００ｂそれぞれに設けられる４つの子マッハツェンダー型干渉計と、を含む。

【0048】

Ｓｉ基板６０１の光導波路端面７１０には、不図示の波長可変レーザ光源からの光（ＣＷ光）が入射され、入射された光の一部が分岐されてマッハツェンダー型干渉計３００で所望の光変調がなされる。マッハツェンダー型干渉計３００のうち他方の親マッハツェンダー型干渉計３００ｂの変調信号光は、偏波ローテータ７０６ａにより偏波が９０度回転され、偏波コンバイナ７０５に出射される。

【0049】

偏波コンバイナ７０５は、一方の親マッハツェンダー型干渉計３００ａの変調信号光と、他方の親マッハツェンダー型干渉計３００ｂの変調信号光とを偏波合成し、光導波路端面７１１から変調信号光（送信信号光Ｔｘ）として出射する。

【0050】

光受信部７００Ｂ側において、Ｓｉ基板６０１の光導波路端面７２０からは、敷設された不図示の光伝送ファイバから受信信号光（Ｒｘ）が入射され、入射された受信信号光は、偏波スプリッタ７０４で２つの偏波に分離され、分離された２つの偏波が分岐出力される。

【0051】

偏波スプリッタ７０４で分離された２つの偏波の受信信号光は、２つの９０度ハイブリッド素子７０３ａ，７０３ｂに入射される。２つの偏波の受信信号光のうち一方は、偏波ローテータ７０６ｂで偏波が９０度回転され、９０度ハイブリッド素子７０３ａに入射される。

【0052】

上記の光導波路端面７１０から入射された波長可変レーザ光源からの光は、その一部が分岐されて、２つの９０度ハイブリッド素子７０３ａ，７０３ｂに入射される。９０度ハイブリッド素子７０３ａ，７０３ｂは、波長可変レーザ光源からの光をローカル光として用い、ローカル光を参照光として受信信号光の位相状態を光強度に変換する。９０度ハイブリッド素子７０３ａ，７０３ｂの光出力は、Ｇｅドープ型の受光素子７０２で受信される。受光素子７０２は、受信信号光の偏波の同相成分および直交成分の光強度を検出する。

【0053】

（他の実施の形態）
図８は、他の実施の形態にかかる光導波路素子を示す部分断面図である。図８に示す光導波路素子において、図１と同様の構成部には同一の符号を付してある。他の実施の形態では、スロット溝１０１内部でＥＯポリマ材料４１０に必要な厚み（高さ）ｈ１を確保する構成例について説明する。

【0054】

他の実施の形態では、基板の表面のスロット溝１０１の内部に凸部８０１を設ける。図８に示す例では、スロット溝１０１の底面１０１ｂ上で、電極１１０の両側部に所定高さｈ２の突部８０１を設ける。突部８０１の高さｈ２は、ＥＯポリマ材料４１０で必要な厚み（高さ）ｈ１と同じあるいはｈ１より高い位置とする。例えば、ＥＯポリマ材料４１０で必要な厚み（高さ）ｈ１が０．６μｍの場合、突部８０１の高さｈ２は０．６μｍ以上、例えば０．８μｍとする。

【0055】

突部８０１は、スロット溝１０１の底面１０１ｂを形成する際、マスクおよびエッチングにより形成することができる。また、図８に示すように、電極１１０の一方および他方の側部にそれぞれ突部８０１を複数（２個以上）設けてもよい。

【0056】

電極１１０の側部に突部８０１を設けることにより、スロット溝１０１部分に充填した際、ＥＯポリマ材料４１０は、突部８０１の表面への表面（界面）張力が生じる。これにより、ＥＯポリマ材料４１０で必要な厚み（高さ）ｈ１を確保することができる。

【0057】

ここで、突部８０１の高さｈ２をＥＯポリマ材料４１０で必要な厚み（高さ）ｈ１以上の高さに設定することにより、図８に示すように、電極１１０部分におけるＥＯポリマ材料４１０で必要な厚み（高さ）ｈ１を確保できる。また、突部８０１の表面へのＥＯポリマ材料４１０の界面張力は、ＥＯポリマ材料４１０のスロット溝１０１側壁への這い上がりを抑制する。

【0058】

このように、突部８０１を設けることで、スロット溝１０１内部の光導波路領域のＥＯポリマ材料４１０に必要な厚みｈ１を確保できるようになる。また、スロット溝１０１内の中央部（電極１１０）付近において、ＥＯポリマ材料４１０の膜厚を厚みｈ１～ｈ２程度の範囲で均一にできるようになる。例えば、ＥＯポリマ材料４１０を低濃度の溶液で１回塗った場合であっても、ＥＯポリマ材料４１０の厚みｈ１を必要量確保でき、ＥＯポリマ材料４１０の膜厚を均一にできることで、ＥＯポリマ材料４１０の割れや剥離を抑制できるようになる。

【0059】

また、ＥＯポリマ材料４１０の塗布回数を削減でき、その分ＥＯポリマ材料４１０の使用量を削減でき、製造の工数も削減できるようになる。

【0060】

図９Ａ，図９Ｂは、他の実施の形態にかかる光導波路素子を示す部分平面図である。図９Ａに示す例では、突部８０１ａを電極１１０の長さ方向（Ｙ方向）に沿って連続する形状（例えば板状）とし、この突部８０１ａを電極１１０の片側あたり２本（２列）設けている。突部８０１ａの配列数は３列以上の複数列としてもよい。

【0061】

また、図９Ｂに示す例では、電極１１０の長さ方向（Ｙ方向）に沿って複数の柱状の突部８０１ｂを設けている。突部８０１ｂは、図９Ｂのように平面円形状で片側あたり２列の千鳥状に設けている。突部８０１ｂの平面形状は円形状に限らず多角形状であってもよいし、配置についても千鳥状の配置に限らず、３列以上の複数列をマトリクス状に整列配置してもよい。

【0062】

（従来技術との対比）
図１０は、実施の形態と対比用の従来の光導波路素子の構成例の断面図である。図１０では、便宜上、実施の形態と同様の構成部には同じ符号を付してある。従来の光導波路素子において、光導波路素子のスロット溝１０１の幅を、光伝送の特性確保のために実施の形態同様に狭くしたとする（例えば、３０μｍ）。ここで、現状のポリマ塗布機材としての精密ディスペンサのディスペンサノズルの直径（内径）は、スロット溝１０１の幅よりも太い（例えば、４０μｍ）。

【0063】

この場合、スロット溝１０１に塗布したＥＯポリマ材料４１０をスロット溝１０１内だけに留まらせることは難しい。そして、ＥＯポリマ材料４１０は、スロット溝１０１内から外部に流れ出してＳｉＯ₂層１００の表面１００ａの広範囲（図中Ｘ）に拡散してしまう。

【0064】

ここで、上記特許文献１等では、スロット溝内をＥＯポリマ材料で埋める如く示されている。しかし、実際には、スロット溝が微細な幅であり、スロット溝をＥＯポリマ材料で埋めることはできず、図１０に示すように、ＥＯポリマ材料４１０は、表面張力によりスロット溝１０１の底部から側壁を這う形となる。

【0065】

これにより、従来技術では、図７に示した光変調器７００でスロット溝１０１が設けられるマッハツェンダー型干渉計３００の周囲の表面１００ａに配置された他の素子等に対し、拡散したＥＯポリマ材料４１０が付着してしまう問題があった。他の素子にＥＯポリマ材料４１０が付着してしまうと、次の製造工程での装置の組み立てや信頼性に影響が生じた。

【0066】

この点に対し、実施の形態によれば、図２に示したように、スロット溝１０１の外部に段差部１０２を設けることで、ＥＯポリマ材料４１０がＳｉＯ₂層１００の表面１００ａ上で拡散することを防止できる。これにより、ＳｉＯ₂層１００の表面１００ａ上に設けられた他の素子に対するＥＯポリマ材料４１０による汚染を防ぐことができる。

【0067】

また、図１０に示した従来の光導波路素子において、スロット溝１０１内に入ったＥＯポリマ材料４１０は、表面張力により側壁を擦り上がるように移動し、ＥＯポリマ材料４１０は断面がいわゆるメニスカス形状となる。その結果、スロット溝１０１内の液量が減り、スロット溝１０１の底面１０１ｂからのＥＯポリマ材料４１０の厚みがｈｘとなり、ＥＯポリマ材料４１０に必要な厚みｈ１を確保できず、光導波路の光学特性を劣化させる問題が生じた。

【0068】

この点に対し、実施の形態によれば、図８に示したように、スロット溝１０１の内部に電極１１０に隣接して所定高さの突部８０１を設けることで、スロット溝１０１内部におけるＥＯポリマ材料４１０に必要な厚みｈ１を確保できるようになる。そして、ＥＯポリマ材料４１０を適切な厚みで均一化できるため、光導波路の伝搬損失を抑え、光学特性を向上できるようになる。

【0069】

上述した実施の形態において、スロット溝１０１の両側部に段差部１０２を設けた構成（図１，図４Ａ，図４Ｂ等参照）と、スロット溝１０１の内部に突部８０１を設けた構成（図８等参照）とを組み合わせた構成としてもよい。これにより、ＥＯポリマ材料４１０がＳｉＯ₂層１００の表面１００ａ上で拡散することを防止でき、かつ、スロット溝１０１内部におけるＥＯポリマ材料４１０に必要な厚みｈ１を確保できるようになる。

【0070】

以上説明したように、実施の形態の光導波路素子は、基板に形成されたスロット溝と、スロット溝に配置された一対の電極と、スロット溝に充填される電気光学型ポリマ材料と、スロット溝の外側に、スロット溝の長さ方向に沿って形成された段差部と、を有する。段差部は、表面張力によりスロット溝から側壁を這い上がった電気光学型ポリマ材料が基板の表面上で拡散することを防止する。これにより、基板の表面上に設けられた他の素子を電気光学型ポリマ材料で汚染されることを防ぐことができる。また、スロット溝に充填した電気光学型ポリマ材料をスロット溝の外部に段差部を超えて流れ出すことを抑えることができた分、スロット溝内部に電気光学型ポリマ材料を留まらせることができ、スロット溝内で電気光学型ポリマ材料に必要な厚みを確保できるようになる。また、電気光学型ポリマ材料の塗布回数を削減でき、その分電気光学型ポリマ材料の使用量を削減でき、製造の工数も削減できるようになる。

【0071】

また、光導波路素子は、段差部を、基板のスロット溝の幅方向上に形成されたへこみ部により、スロット溝とへこみ部との間に形成してもよい。また、段差部は、基板のスロット溝の幅方向上で、スロット溝から所定幅離れた位置に突出形成された壁部として形成してもよい。このように、基板の表面に形成したへこみ部あるいは壁部により段差部を形成でき、段差部は、例えば、マスクとエッチング等により簡単に形成できる。

【0072】

また、光導波路素子は、スロット溝の底部に、一対の電極の両側部に形成された一対の突部を有してもよい。これにより、スロット溝内部における電気光学型ポリマ材料に必要な厚みを確保できるようになる。そして、電気光学型ポリマ材料を適切な厚みで均一化できるため、塗布後の電気光学型ポリマ材料の割れや剥離を抑制しつつ、光導波路の伝搬損失を抑え、光学特性を向上できるようになる。

【0073】

また、光導波路素子は、突部を、スロット溝の底部の位置における電気光学型ポリマ材料の必要な厚み以上の高さを有して設ける。これにより、スロット溝内で電気光学型ポリマ材料に必要な厚みを得ることができ、また、電気光学型ポリマ材料を均一化できるようになる。

【0074】

また、光導波路素子は、突部を、一対の電極の両側部にそれぞれ複数設けてもよい。これにより、スロット溝の幅方向上で電気光学型ポリマ材料に必要な厚みを得ることができ、また、電気光学型ポリマ材料を均一化できるようになる。

【0075】

また、光導波路素子は、突部を、一対の電極に長さ方向に沿った直線状、あるいは複数の突起により設けてもよい。このように、突部は、各種形成とすることができ、スロット溝内で電気光学型ポリマ材料に必要な厚みを得ることができ、また、電気光学型ポリマ材料を均一化できるようになる。

【0076】

また、上記の光導波路素子をマッハツェンダー型干渉計に用いた光変調器としてもよい。光変調器は、例えば、マッハツェンダー型干渉計と、光源と、ドライバと、偏波コンバイナと、偏波ローテータと、光送信用の光導波路と、を含み構成される。このような光変調器において、上記の光導波路素子を有することにより、光変調器の光学特性を向上できるようになる。

【0077】

上述した光導波路素子は、光導波路のスロット溝内でＥＯポリマ材料の厚みを確保し、スロット溝外部へのＥＯポリマ材料の拡散を防ぐ構成を有している。このため、光導波路素子は、上述した光変調器のマッハツェンダー型干渉計の光導波路への適用に限らず、他の光導波路にも同様に適用することができる。

【0078】

上述した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

【0079】

（付記１）基板に形成されたスロット溝と、
前記スロット溝に配置された一対の電極と、
前記スロット溝に充填される電気光学型ポリマ材料と、
前記スロット溝の外側に、前記スロット溝の長さ方向に沿って形成された段差部と、を有することを特徴とする光導波路素子。

【0080】

（付記２）前記段差部は、前記基板の前記スロット溝の幅方向上に形成されたへこみ部により、前記スロット溝と前記へこみ部との間に形成されることを特徴とする付記１に記載の光導波路素子。

【0081】

（付記３）前記段差部は、前記基板の前記スロット溝の幅方向上で、前記スロット溝から所定幅離れた位置に突出形成された壁部であることを特徴とする付記１に記載の光導波路素子。

【0082】

（付記４）前記スロット溝の底部に、前記一対の電極の両側部に形成された一対の突部を有することを特徴とする付記１～３のいずれか一つに記載の光導波路素子。

【0083】

（付記５）前記突部は、前記スロット溝の底部の位置における前記電気光学型ポリマ材料の必要な厚み以上の高さを有することを特徴とする付記４に記載の光導波路素子。

【0084】

（付記６）前記突部は、前記一対の電極の両側部にそれぞれ複数設けられることを特徴とする付記４または５に記載の光導波路素子。

【0085】

（付記７）前記突部は、前記一対の電極に長さ方向に沿った板状、あるいは複数の柱状の突起からなることを特徴とする付記４～６のいずれか一つに記載の光導波路素子。

【0086】

（付記８）付記１～７のいずれか一つに記載の光導波路素子をマッハツェンダー型干渉計に用いたことを特徴とする光変調器。

【0087】

（付記９）光源と、ドライバと、偏波コンバイナと、偏波ローテータと、光送信用の光導波路と、をさらに含むことを特徴とする付記８に記載の光変調器。

【符号の説明】

【0088】

１００ ＳｉＯ₂層
１０１ スロット溝
１０１ｂ スロット溝の底面
１０２ 段差部
１０３ へこみ部
１１０ 電極
３００ マッハツェンダー型干渉計
３０１ 光導波路
４０１ ディスペンサノズル
４０３ 壁部
４１０ ＥＯポリマ材料
６０１ Ｓｉ基板
７００ 光変調器
７００Ａ 光送信部
７００Ｂ 光受信部
７０２ 受光素子
７０３（７０３ａ，７０３ｂ） ９０度ハイブリッド素子
７０４ 偏波スプリッタ
７０５ 偏波コンバイナ
７０６（７０６ａ，７０６ｂ） 偏波ローテータ
８０１（８０１ａ，８０１ｂ） 突部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10】