特開 2024-107822 光導波路素子及びそれを用いた光変調デバイス並びに光送信装置

(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】P2024107822

(43)【公開日】2024-08-09

(54)【発明の名称】光導波路素子及びそれを用いた光変調デバイス並びに光送信装置

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/035 20060101AFI20240802BHJP

【ＦＩ】

G02F1/035

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023011942

(22)【出願日】2023-01-30

(71)【出願人】

【識別番号】000183266

【氏名又は名称】住友大阪セメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100116687

【弁理士】

【氏名又は名称】田村 爾

(74)【代理人】

【識別番号】100098383

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 純子

(74)【代理人】

【識別番号】100155860

【弁理士】

【氏名又は名称】藤松 正雄

(72)【発明者】

【氏名】岡橋 宏佑

(72)【発明者】

【氏名】片岡 優

【テーマコード（参考）】

2K102

【Ｆターム（参考）】

2K102AA21

2K102BA02

2K102BB01

2K102BB04

2K102BC04

2K102BD01

2K102CA30

2K102DA05

2K102DB05

2K102DB08

2K102DC08

2K102DD03

2K102DD05

2K102EA02

2K102EB16

2K102EB20

2K102EB22

2K102EB30

(57)【要約】

【課題】
光導波路の表面の荒れによる光散乱損失や、電極等による光吸収損失を抑制すると共に、光導波路を被覆する誘電体層による応力を緩和することが可能な光導波路素子を提供すること。
【解決手段】
基板１上に形成される光導波路１０を有し、該光導波路の一部に該光導波路を伝搬する光波を変調する光変調部（図５（Ｂ）参照）が形成された光導波路素子において、該光導波路を覆う第１の誘電体層Ｍ１を備え、該光変調部を除く該光導波路の一部（図５（Ａ）参照）には、前記第１の誘電体層Ｍ１とは異なる材料で構成される第２の誘電体層Ｍ２が、前記第１の誘電体層Ｍ１の上の配置されていることを特徴とする。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上に形成される光導波路を有し、該光導波路の一部に該光導波路を伝搬する光波を変調する光変調部が形成された光導波路素子において、
該光導波路を覆う第１の誘電体層を備え、
該光変調部を除く該光導波路の一部には、前記第１の誘電体層とは異なる材料で構成される第２の誘電体層が、前記第１の誘電体層の上の配置されていることを特徴とする光導波路素子。

【請求項2】

請求項１に記載の光導波路素子において、前記第１の誘電体層は、該光導波路を構成する材料より屈折率が低い無機材料であり、前記第２の誘電体層は、該光導波路を構成する材料より屈折率が低い有機材料であることを特徴とする光導波路素子。

【請求項3】

請求項１に記載の光導波路素子において、前記第１の誘電体層の厚みは１μｍ以下であり、前記第２の誘電体層の厚みは２μｍ以上であることを特徴する光導波路素子。

【請求項4】

請求項１に記載の光導波路素子において、該光導波路の端部にスポットサイズ変換部が形成され、該スポットサイズ変換部の構成要素の一部を前記第１の誘電体層と前記第２の誘電体層が兼ねていることを特徴とする光導波路素子。

【請求項5】

請求項１に記載の光導波路素子において、該基板は、補強基板の表面に形成された薄膜層であることを特徴とする光導波路素子。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれかに記載の光導波路素子は筐体内に収容され、
該光導波路に光波を入力又は出力する光ファイバを備えることを特徴とする光変調デバイス。

【請求項7】

請求項６に記載の光変調デバイスにおいて、
該光導波路素子は該光導波路を伝搬する光波を変調するための変調電極を備え、
該変調電極に入力する変調信号を増幅する電子回路を該筐体の内部に有することを特徴とする光変調デバイス。

【請求項8】

請求項７に記載の光変調デバイスと、
該光変調デバイスに光波を入力する光源と、
該光変調デバイスに変調信号を出力する電子回路とを有することを特徴とする光送信装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光導波路素子及びそれを用いた光変調デバイス並びに光送信装置に関し、特に、基板上に形成される光導波路を有し、該光導波路の一部に該光導波路を伝搬する光波を変調する光変調部が形成された光導波路素子及びそれを用いた光変調デバイス並びに光送信装置に関する。

【背景技術】

【0002】

光計測技術分野や光通信技術分野において、光導波路を形成した基板を用いた光変調器などの光導波路素子が多用されている。一般的な光導波路素子では、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）などの電気光学効果を有する基板に光導波路を形成し、該光導波路に電界を印加する制御電極を基板上に形成している。また、Ｓｉやサファイアなどの基板の上にＬＮなどの薄膜層を形成し光導波路を形成するものもある。

【0003】

また、基板上に形成した光導波路には、光導波路の表面の荒れによる光散乱損失を低減するため、種々の散乱抑制層が形成されている。特許文献１には、図１に示すように、ＳｉＯ_２等の基板ＳＢの上面にコア層Ｃ１を形成し、該コア層を覆うように全面にクラッド層Ｃ２を形成することが開示されている。このクラッド層Ｃ２は、コア層Ｃ１の表面の荒れを緩和する効果も有している。

【0004】

特許文献２には、図２に示すように、基板１にリブ型光導波路１０を形成し、光導波路１０を含む基板１の全面にＳｉＯ_２を用いたバッファ層２を配置することが開示されている。このバッファ層２は、光導波路１０の上面や側面の荒れによる光散乱損失を低減する効果を有している。

【0005】

特許文献３には、図３に示すように、リブ型光導波路１０を覆うようにフォトレジストなどの樹脂を利用した誘電体膜２０を配置することが開示されている。このような樹脂層もリブ型光導波路の表面の荒れによる光散乱損失を低減する効果を有している。なお、図３では、光導波路１０を挟むよう電極ＥＬを配置した例を示している。

【0006】

一方、近年では、広帯域幅コヒーレントドライバ変調器（ＨＢ－ＣＤＭ：High Bandwidth-Coherent Driver Modulator）が注目されている。基板に形成する光導波路は、１μｍ程度の幅や高さを備え、帯状に延在する凸状部で構成された凸状光導波路（例えば、リブ型導波路、リッジ型導波路、スロット型導波路）が利用されている。このような微細な凸状導波路は、光の閉じ込めが強く、光導波路を小さな曲率で曲げることが可能であり、光導波路素子をコンパクトに形成することができる。

【0007】

微細な光導波路では、ドライエッチングにて基板を加工して光導波路を形成する際に、光導波路の上面や側面の荒れによる光散乱損失が重大な課題であった。リブ型光導波路をコアとした時、クラッドの屈折率は小さい方が光の閉じ込めが良い。このため、本来はリブ型光導波路の周囲に配置する材料は空気が良いが、図１乃至３に示すように、側面荒れ緩和のために空気以外のクラッド層（ＳｉＯ_２や樹脂）が配置されている。

【0008】

しかしながら、図２に示すように、基板表面の全面にＳｉＯ_２のバッファ層２を配置した場合には、微細な光導波路（高さや幅が１μｍ程度）を覆うバッファ層２からの内部応力により、光導波路が破損したり、バッファ層が剥離するため、光導波路素子の伝搬損失が増大する等、特性劣化が生じる。

【0009】

このため、図３に示すような永久レジストなどの樹脂材料を用いることで、ヤング率を下げ、誘電体層２０から光導波路１０に印加される応力を緩和することが期待される。しかしながら、樹脂材料による光吸収損失が発生し、また、図３のように光導波路に近接して電極ＥＬが配置される場合には、電極による光吸収損失も発生する。さらに、高周波電極（ＥＬ）上に樹脂を配置した場合には、高周波特性の劣化も問題となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特許第２５７０８２２号公報

【特許文献2】特開２０１２－５３４８７号公報

【特許文献3】特開２０２２－１４８６５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、光導波路の表面の荒れによる光散乱損失や、電極等による光吸収損失を抑制すると共に、光導波路を被覆する誘電体層による応力を緩和することが可能な光導波路素子を提供することである。さらには、その光導波路素子を用いた光変調デバイスと光送信装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決するため、本発明の光導波路素子及びそれを用いた光変調デバイス並びに光送信装置は、以下の技術的特徴を有する。
（１） 基板上に形成される光導波路を有し、該光導波路の一部に該光導波路を伝搬する光波を変調する光変調部が形成された光導波路素子において、該光導波路を覆う第１の誘電体層を備え、該光変調部を除く該光導波路の一部には、前記第１の誘電体層とは異なる材料で構成される第２の誘電体層が、前記第１の誘電体層の上の配置されていることを特徴とする。

【0013】

（２） 上記（１）に記載の光導波路素子において、前記第１の誘電体層は、該光導波路を構成する材料より屈折率が低い無機材料であり、前記第２の誘電体層は、該光導波路を構成する材料より屈折率が低い有機材料であることを特徴とする。

【0014】

（３） 上記（１）に記載の光導波路素子において、前記第１の誘電体層の厚みは１μｍ以下であり、前記第２の誘電体層の厚みは２μｍ以上であることを特徴する。

【0015】

（４） 上記（１）に記載の光導波路素子において、該光導波路の端部にスポットサイズ変換部が形成され、該スポットサイズ変換部の構成要素の一部を前記第１の誘電体層と前記第２の誘電体層が兼ねていることを特徴とする。

【0016】

（５） 上記（１）に記載の光導波路素子において、該基板は、補強基板の表面に形成された薄膜層であることを特徴とする。

【0017】

（６） 上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の光導波路素子は筐体内に収容され、該光導波路に光波を入力又は出力する光ファイバを備えることを特徴とする光変調デバイスである。

【0018】

（７） 上記（６）に記載の光変調デバイスにおいて、該光導波路素子は該光導波路を伝搬する光波を変調するための変調電極を備え、該変調電極に入力する変調信号を増幅する電子回路を該筐体の内部に有することを特徴とする。

【0019】

（８） 上記（７）に記載の光変調デバイスと、該光変調デバイスに光波を入力する光源と、該光変調デバイスに変調信号を出力する電子回路とを有することを特徴とする光送信装置。

【発明の効果】

【0020】

本発明は、基板上に形成される光導波路を有し、該光導波路の一部に該光導波路を伝搬する光波を変調する光変調部が形成された光導波路素子において、該光導波路を覆う第１の誘電体層を備え、該光変調部を除く該光導波路の一部には、前記第１の誘電体層とは異なる材料で構成される第２の誘電体層が、前記第１の誘電体層の上の配置されているため、２種類の誘電体層を組み合わせて使用することで、光変調部やその他の光導波路部分など、誘電体層を使用する場所に応じた種々の課題（光導波路の表面の荒れによる光散乱損失、電極等による光吸収損失、光導波路を被覆する誘電体層による内部応力など）を解決した光導波路素子を提供することが可能となる。
さらに、このような優れた特性を備えた光導波路素子を用いることで、同様の効果を奏する光変調デバイスや光送信装置も提供が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】特許文献１に記載の光導波路素子の一例を示す断面図である。

【図2】特許文献２に記載の光導波路素子の一例を示す断面図である。

【図3】特許文献３に記載の光導波路素子の一例を示す断面図である。

【図4】本発明の光導波路素子の一例を示す平面図である。

【図5】図４の光導波路素子の一部を示す断面図である。

【図6】光導波路を覆う第１の誘電体層の膜厚を説明する図である。

【図7】図５の（Ｂ）に示す断面図の応用例を説明する図である。

【図8】図５の（Ａ）に示す断面図の応用例を説明する図である。

【図9】本発明の光導波路素子に使用するスポットサイズ変換部の一例を示す図である。

【図10】図９の異なる箇所の断面を示す図である。

【図11】図９の異なる箇所の断面を示す図（他の実施例）である。

【図12】本発明の光送信装置の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の光導波路素子について、好適例を用いて詳細に説明する。図４は、本発明の光導波路素子の一例を示す平面図であり、図５は図４に示す一部の断面図である。
本発明の光導波路素子は、基板１上に形成される光導波路１０を有し、該光導波路の一部に該光導波路を伝搬する光波を変調する光変調部（図４の点線枠Ａ３、図５（Ｂ）参照）が形成された光導波路素子において、該光導波路を覆う第１の誘電体層Ｍ１を備え、該光変調部を除く該光導波路の一部（例えば、図４の点線枠Ａ１又はＡ２の一部、図５（Ａ）参照）には、前記第１の誘電体層Ｍ１とは異なる材料で構成される第２の誘電体層Ｍ２が、前記第１の誘電体層Ｍ１の上の配置されていることを特徴とする。なお、図５（Ａ）の電極ＥＬは光導波路１０を覆う又は跨ぐ電極であり、光導波路の場所によっては当該電極が無い場合がある。

【0023】

本発明の光導波路素子に使用される基板１としては、電気光学効果を有する基板が利用でき、具体的には、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）やタンタル酸リチウム（ＬＴ）、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）などの基板や、これらの基板材料にＭｇＯなどをドープした基材が使用可能である。また、これらの基板を研磨して薄板（薄膜層）化したり、これらの材料をスパッタ法、蒸着法、又はＣＶＤ法などの気相成長法を利用して薄膜形成することも可能である。さらに、半導体基板なども利用可能である。

【0024】

光導波路１０の形成方法としては、光導波路以外の基板１をエッチングしたリブ型導波路や、リッジ型導波路のように光導波路の両側に溝を形成するなど、基板の光導波路に対応する部分を凸状部とした凸状光導波路を利用することが可能である。また、光導波路以外の部分をエッチング等の方法で全部除去したスロット型導波路も利用することが可能である。さらに、凸状の光導波路に合わせて、Ｔｉなどを熱拡散法やプロトン交換法などで基板表面に拡散させることにより、屈折率をより高くすることも可能である。凸状光導波路のサイズとしては、光の閉じ込めを高めるため、１μｍ程度の幅や高さの微細な凸状光導波路となっている。

【0025】

光導波路１０を形成した基板（薄板）１の厚さは、変調信号のマイクロ波と光波との速度整合を図るため、１０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下、さらに好ましくは１μｍ以下に設定される。また、凸状光導波路の高さは、４μｍ以下、より好ましくは３μｍ以下、さらに好ましくは１μｍ以下や０．４μｍ以下に設定される。

【0026】

光導波路を形成した基板１は、機械的強度を高めるため、基板１の下側に、補強基板（図９及び１０の符号ＳＢ参照）が接合されている。基板１と補強基板とは、直接接合又は樹脂等の接着層を介して接着固定される。なお、直接接合の場合は、金属酸化物や金属等の中間層を含んでも良い。直接接合する補強基板としては、光導波路や光導波路を形成した基板よりも屈折率が低いことが好ましいが、これに限定されるものではない。また、補強基板は、基板１と熱膨張率が近い材料、例えば水晶やガラス等の酸化物層を含む基板が好適に利用される。さらに、基板１と同じＬＮ基板や、ＳＯＩ、ＬＮＯＩと略されるシリコン基板上に酸化ケイ素層を形成した複合基板やＬＮ基板上に酸化ケイ素層を形成した複合基板を利用することも可能である。

【0027】

基板１は、シリコンやサファイアなどの基板を補強基板とし、その表面にＬＮなどの光導波路に使用する材料を上述のような気相成長方法で積層し、薄膜層を形成した構成とすることも可能である。また、補強基板にＬＮ基板などを貼り付けＬＮ基板を研磨で薄板化することも可能である。

【0028】

光導波路の一部に形成される光変調部では、光導波路に電界を印加するため変調電極が形成される。基板上に形成される電極としては、変調電極以外にＤＣバイアス電極があり、光導波路を伝搬する光波の位相調整に使用される。本発明では、特に変調電極に高周波信号が印加されるため、光導波路を覆う誘電体層にどのような材料を選択するのかが、光導波路素子の高周波特性を考える上で重要となる。
変調電極やＤＣバイアス電極を含む制御電極は、下地電極をスパッタ法、蒸着法等で形成し、その後メッキ法で厚みのある電極に形成される。
なお、本発明の説明では、図５（Ｂ）のように光導波路を挟むように電極ＥＬを配置する、所謂、Ｘ板の例を中心に説明するが、本発明に使用する基板（光導波路）は、このようなＸ板に限らず、光導波路の上側に電極を配置するＺ板にも適用可能であることは言うまでもない。

【0029】

本発明の光導波路素子は、光導波路を覆う誘電体層の材料及び配置等に特徴があり、以下、これらについて詳細に説明する。
図４は、光導波路素子の平面図であり、基板１上に光導波路１０が形成されている。本発明の光導波路素子は、図４の光導波路の形状に限定されず、種々のパターンを採用することが可能である。ここでは、光導波路のパターンを見やすくするため、誘電体層や制御電極は図示していない。図４は、１つの入力導波路を４つのマッハツェンダー型導波路に分岐し、最終的に２つの出力導波路に繋がっている。入力導波路の端部と出力導波路の端部は、基板１の同じ側面に配置され、光導波路全体としては折り返しの構造となっている。

【0030】

点線枠Ａ１は光導波路の折り返し部分を示し、点線枠Ａ２は複数の光導波路に分岐する部分を示している。点線枠Ａ３は変調電極が配置される光変調部が形成される部分となる。ＤＣバイアス電極を設ける場合には、Ａ１～Ａ３のいずれかに設けることが可能である。また、制御電極に変調信号やＤＣバイアス電圧を印加するには、基板１上に配線を行う必要があり、例えば、Ａ１又はＡ２に配線用の電極が配置される場合（例えば、図５（Ａ）参照）がある。

【0031】

点線枠Ａ４は、入力導波路と出力導波路の端部が配置される部分であり、光導波路が幅や高さが１μｍ程度の微細な光導波路を使用する場合には、光導波路の端部にスポットサイズ変換部（ＳＳＣ）を配置し、伝搬する光波のモード径を１μｍ程度から３μｍ以上に、又はその逆に変換するように構成される。
符号ＰＤはマッハツェンダー型導波路から出力される光波をモニタするための受光素子であり、基板１上に配置される。

【0032】

図５（Ｂ）は、光変調部Ａ３における断面の一部を示す図である。光導波路１０を覆うように、第１の誘電体層Ｍ１が配置されている。
第１の誘電体層Ｍ１は、光導波路の表面の荒れによる光散乱を抑制するための光散乱抑制層として機能する。
第１の誘電体層を構成する材料としては、光導波路やそれを構成する基板の屈折率よりも低い屈折率を有し、通信波長帯での光吸収が小さい材料が使用され、特に、光変調部にも配置されることを考慮すると無機材料が好ましい。
無機誘電体材料の一例として、例えば、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＦ、Ｌａ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＭｇＯ，ＣａＦ_２，Ｙ_２Ｏ_３などが利用可能である。

【0033】

第１の誘電体層Ｍ１の厚みは、光導波路に成膜応力が集中することが無いような膜厚に設定することが必要である。
具体的には、光導波路の表面の荒れを緩和するためには、１００ｎｍ以上の厚みがあれば良い。また、変調信号と光波との速度整合のためには、変調電極の形状、例えば、１段目と２段目の電極形状のバランスにもよるが、１００ｎｍ以上の厚みがあれば良く、より好ましくは２００ｎｍ以上である。さらに、成膜応力やプロセス上の制約として１μｍ以下が望ましい。

【0034】

図６に示すように、凸状光導波路１０を覆う第１の誘電体層Ｍ１の厚みは、凸状光導波路１０の上面に位置する第１の誘電体層の厚みＤ１よりも、凸状光導波路の側面に位置する第１の誘電体層の厚みＤ３を薄く構成することが好ましい。例えば、Ｄ３の厚みを、Ｄ１の０．５倍～０．８倍程度に設定する。これにより、横方向の光の閉じ込めを強くでき、電極間隔をより狭くすることができる。その結果、駆動電圧Ｖπの上昇を抑えることができる。
なお、凸状光導波路以外の基板１の上面に配置される第１の誘電体層Ｍ１の厚みＤ２は、基本的にＤ１と同じとなる。

【0035】

図７は、図５（Ｂ）の第１の誘電体層の幅Ｗを変更した例を説明する図である。
第１の誘電体層の機能である光散乱抑制層としての幅Ｗは、光散乱抑制の観点から光導波路１０の側面が覆われる幅があれば良く。図７（Ａ）に示すように、第１の誘電体層の幅Ｗは、光導波路１０のモードフィールド径（ＭＦＤ）の１．５倍の幅があれば、基板１の光導波路１０の両側にあるスラブ部へはみ出した部分の光散乱も効果的に抑制できる。

【0036】

プロセス安定性や作製位置精度を考慮すると、図７（Ｂ）のように電極間隔Ｇと同程度の幅Ｗがあれば良く、より好ましくは、電極間隔Ｇの２倍以上の幅Ｗがあることが望ましい。また、幅Ｗが電極間隔Ｇの1倍を下回らないことで、図７（Ａ）のようにＷ＜Ｇの場合と比較し、Ｖπを悪化させない効果もある。

【0037】

第１の誘電体層は、光変調部だけでなく、光導波路が形成される基板の全面に配置することも可能である。また、全面成膜した後に、必要部分以外をウェット／ドライエッチングで除去して所望のパターンに形成する方法や、第１の誘電体層（光散乱抑制層）が必要な部分以外へ所望のパターンを有するレジストを配置した後、全面成膜してからレジストを取り除くリフトオフ法などで、部分的に第１の誘電体層を配置することが可能である。
第１の誘電体層は、光変調部以外で、電極などの光吸収部材が配置されていない部分では、第１の誘電体層のみを光導波路上に配置するよう構成することも可能である。

【0038】

次に、図４の領域Ａ１やＡ２のように、配線用電極が光導波路を跨ぐように配置される場合には、図５（Ａ）に示すように、第１の誘電体層Ｍ１のみでなく、第２の誘電体層Ｍ２を第１の誘電体層Ｍ１上に配置し、配線用電極による光吸収を抑制することが必要である。これは、第１の誘電体層Ｍ１を応力緩和のため極めて薄く形成するため、第１の誘電体層Ｍ１の膜厚では、光吸収を抑制する機能が十分ではないためである。

【0039】

第２の誘電体層に使用する材料としては、光導波路が形成される基板より屈折率が低い材料が好ましく、成膜応力も第１の誘電体層より低い材料が好ましい。
具体的には、第２の誘電体層は、有機材料で構成することが好ましく、例えば、レジストのような樹脂で、ヤング率が小さく、パターンニングしやすいものが望ましい。例えば、ポリアミド系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂、アミノ系樹脂、エポキシ系樹脂などの材料を使用することが可能である。例えば、第２の誘電体層のヤング率は、１５ＧＰａ以下が好ましく、第１の誘電体層のヤング率よりも低いことが好ましい。

【0040】

第２の誘電体層（光吸収抑制層）の厚さは、光吸収抑制のために２μｍ以上あれば良く、例えば、２～１０μｍの範囲であれば任意の膜厚で調整することが可能である。
第２の誘電体層の形成は、樹脂等をスピンコートにより塗布し、一般的なリソグラフィプロセスによってパターンニングを行い、必要部のみ残して形成する。

【0041】

第１の誘電体層と第２の誘電体層との幅については、積層する材料同士の密着性により選択することが可能である。例えば、第１の誘電体層Ｍ１と第２の誘電体層Ｍ２と基板１（ＬＮ）との間の密着性が良い場合には、図８（Ａ）に示すように第１の誘電体層Ｍ１と第２の誘電体層Ｍ２の幅を同じ程度に設定する。
また、第１の誘電体層Ｍ１と第２の誘電体層Ｍ２との密着が悪く、基板１と第２の誘電体層Ｍ２との密着が良い場合には、図８（Ｂ）に示すように第２の誘電体層Ｍ２の幅を第１の誘電体層Ｍ１よりも幅Ｓ１だけはみ出して形成する。
さらに、第１の誘電体層Ｍ１と第２の誘電体層Ｍ２との密着が良く、基板１と第２の誘電体層Ｍ２との密着が悪い場合には、図８（Ｃ）のように、第２の誘電体層Ｍ２を第１の誘電体層Ｍ１よりも幅Ｓ２だけ狭く設定する。
プロセス安定性や作製位置精度を考慮すると、図の左右にはみ出している幅Ｓ１又はＳ２の全体量（オーバーラップ幅，Ｓ１又はＳ２の２倍）は第１又は第２の誘電体層の全体幅の＋１０％以上に設定することが好ましい。

【0042】

次に、図９乃至１１に示すスポットサイズ変換部について説明する。以下では、出力導波路に設けるスポットサイズ変換部を中心に説明するが、入力導波路も同様の形状で構成することが可能である。
図９の上半分はスポットサイズ変換部（ＳＳＣ）の一例を示す平面図である。
図９の下半分は、平面図の一点鎖線Ｃにおける断面図を示す。
リブ型導波路１０は、スポットサイズ変換部（両矢印ＳＳＣの領域）では、領域ＴＰで光導波路の幅が徐々に狭くなるテーパー形状となっている。リブ型導波路の基板１を構成するスラブ部の幅についても、必要に応じて先端に向かってテーパー状とすることが好ましい。

【0043】

第１の誘電体層Ｍ１は、スポットサイズ変換部ＳＳＣの一部に入り込んで配置されているが、最終的には途中で消失する構造となっている。リブ型導波路１０が徐々に先細るにつれ、第２の誘電体層Ｍ２の方に光波が乗り移って行く。

【0044】

図９の位置Ｘ１における断面図を図１０（Ａ）に、位置Ｘ２における断面図を図１０（Ｂ）に、さらに位置Ｘ３における断面図を図１０（Ｃ）に各々示す。
第２の誘電体層の幅は、スポットサイズ変換部に入る前の幅Ｗ１は５μｍ以上あるが、スポットサイズ変換部の端部では幅Ｗ２では５μｍ未満、例えば２μｍ～４μｍ程度に設定される。第２の誘電体層（光吸収抑制層）の幅は、スポットサイズ変換部の中でテーパー状に狭くなっており、スポットサイズ変換部の先端の位置で最も幅が狭くなる。

【0045】

第１の誘電体層（光散乱抑制層）の厚さが４００ｎｍ以上の場合は、スポットサイズ変換の際、光散乱抑制層が変換損失の要因となるため、リブ型導波路１０のテーパー部が始まる前までに光散乱抑制層がなくなることが好ましい。
また、図１０（Ａ）に示すように、第１の誘電体層（光散乱抑制層）Ｍ１は、第２の誘電体層Ｍ２の下のみに配置される。

【0046】

第１の誘電体層（光散乱抑制層）の厚さが２００ｎｍ以下の場合には、光散乱抑制層の有無が変換損失に影響を及ぼさないため、スポットサイズ変換部の終端まで光散乱抑制層が配置されても良い。この場合の図９の位置Ｘ１～Ｘ３の断面図は、図１１（Ａ）～（Ｃ）のような断面図となる。
当然、図１０と同様に、リブ型導波路１０のテーパー部が始まる前までに第１の誘電体層（光散乱抑制層）Ｍ１が無くなっていても良い。

【0047】

以上のように、スポットサイズ変換部の構成要素の一部に第１の誘電体層Ｍ１と第２の誘電体層Ｍ２を兼用することで、製造プロセスも簡素化することが可能であり、光導波路部分とスポットサイズ変換部とを構成する薄膜を連続的に形成することができるため、光挿入損失も抑制することが可能となる。

【0048】

次に、本発明の光導波路素子を、光変調デバイスや光送信装置に適用した例について説明する。以下では、ＨＢ－ＣＤＭの一例を用いて説明するが、本発明はこれに限らず、光位相変調器、偏波合成機能を備えた光変調器やより多い又はより少ないマッハツェンダー型光導波路を集積した光導波路素子、シリコンなど他材料で構成した光導波路素子との接合デバイス、センサ用途のデバイスなどにも適用可能である。

【0049】

図１２に示すように、光導波路素子は、基板１に形成された光導波路１０と、該光導波路１０を伝搬する光波を変調する変調電極などの制御電極（不図示）とを有しており、筐体ＣＡ内に収容される。さらに、光導波路に光波を入出力する光ファイバ（Ｆ）を設けることで、光変調デバイスＭＤを構成することができる。図１２では、光ファイバＦは、光学レンズを備えた光学ブロックやレンズ鏡筒、偏波合波部３などを用いて光導波路素子内の光導波路１０と光学的に結合されている。これに限らず、光ファイバを筐体の側壁を貫通する貫通孔を介して筐体内に導入し、光学部品又は基板と、光ファイバとを直接接合したり、または光ファイバ端部にレンズ機能を有した光ファイバを光導波路素子内の光導波路と光学的に結合しても良い。また、光ファイバや光学ブロックとの接合を安定的に行うため、光導波路基板１の端面に沿って補強部材（不図示）を重ねて配置することも可能である。

【0050】

光変調デバイスＭＤに変調動作を行わせる変調信号Ｓｏを出力する電子回路（デジタル信号プロセッサーＤＳＰ）を、光変調デバイスＭＤに接続することにより、光送信装置ＯＴＡを構成することが可能である。光導波路素子に印加する変調信号Ｓを得るためには、デジタル信号プロセッサーＤＳＰから出力される変調信号Ｓｏを増幅する必要がある。このため、図１２では、ドライバ回路ＤＲＶを使用し、変調信号を増幅している。ドライバ回路ＤＲＶやデジタル信号プロセッサーＤＳＰは、筐体ＣＡの外部に配置することも可能であるが、筐体ＣＡ内に配置することも可能である。特に、ドライバ回路ＤＲＶを筐体内に配置することで、ドライバ回路からの変調信号の伝搬損失をより低減することが可能となる。

【0051】

光変調デバイスＭＤへの入力光Ｌ１は、光送信装置ＯＴＡの外部から供給されても良いが、図１２に示すように半導体レーザー（ＬＤ）を光源とすることも可能である。光変調デバイスＭＤで変調された出力光Ｌ２は、光ファイバＦにより外部に出力される。

【産業上の利用可能性】

【0052】

以上説明したように、本発明によれば、光導波路の表面の荒れによる光散乱損失や、電極等による光吸収損失を抑制すると共に、光導波路を被覆する誘電体層による応力を緩和することが可能な光導波路素子を提供することが可能となる。さらには、その光導波路素子を用いた光変調デバイスと光送信装置を提供することができる。

【符号の説明】

【0053】

１ 光導波路を形成する基板（薄板，膜体）
１０ 光導波路
Ｍ１ 第１の誘電体層（光散乱抑制層）
Ｍ２ 第２の誘電体層（光吸収抑制層）
Ｆ 光ファイバ
ＬＤ 光源
ＣＡ 筐体
ＭＤ 光変調デバイス
ＤＲＶ ドライバ回路
ＤＳＰ デジタル信号プロセッサー
ＯＴＡ 光送信装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】