(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-08-28
(45)【発行日】2024-09-05
(54)【発明の名称】平面光波回路
(51)【国際特許分類】
G02B 6/122 20060101AFI20240829BHJP
【ＦＩ】
G02B6/122
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2023124292
(22)【出願日】2023-07-31
【審査請求日】2023-07-31
(73)【特許権者】
【識別番号】591230295
【氏名又は名称】ＮＴＴイノベーティブデバイス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001243
【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】郷 隆司
(72)【発明者】
【氏名】竹下 諒
(72)【発明者】
【氏名】柳澤 雅弘
(72)【発明者】
【氏名】小川 大輔
【審査官】牧 隆志
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２００６／０２５５２３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１５－１０８８１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２３－１６５０４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１７／０７７６３８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２０２２－５０５８２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】欧州特許出願公開第０１３９６７４１（ＥＰ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００８／００９５４９４（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ６／１０ － ６／１４
６／３０
６／４２ － ６／４３
Ｇ０２Ｆ １／００ － １／１２５
１／２１ － ７／００
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、前記基板の上部に設けられたクラッド層と、
前記クラッド層に埋め込まれて導波路を構成するコアと、
前記クラッド層に形成された複数の窪み部が前記クラッド層の面内方向に２次元に配置された窪み領域と、を備え、
前記窪み部の形状が平面視において円形であり、かつ、前記窪み領域における前記複数の窪み部の配置が六方充填配置であり、前記円形の直径をＤによって表し、前記窪み部の配置間隔をＰによって表した場合に、前記直径Ｄと前記配置間隔Ｐとが以下の式１を満たす、平面光波回路。
【請求項2】
基板と、
前記基板の上部に設けられたクラッド層と、
前記クラッド層に埋め込まれて導波路を構成するコアと、
前記クラッド層に形成された複数の窪み部が前記クラッド層の面内方向に２次元に配置された窪み領域と、を備え、
前記窪み部の側壁面の法線方向が前記クラッド層の内部から外部に向かう方向であり、前記基板の基板面の法線方向が前記基板から前記クラッド層に向かう方向であり、前記側壁面の法線方向と前記基板面の法線方向との成す角度が９０°よりも小さく、
前記窪み部の形状は平面視において円形であり、かつ、前記窪み領域における前記窪み部の配置は六方充填配置であり、
前記側壁面の法線方向と前記基板面の法線方向との成す前記角度は、前記角度からのズレ角θ（≠０°）を用いて９０°－θとして表され、
前記コアの中心軸の前記基板に対する位置を初期位置ｙ 0 、前記クラッド層の屈折率をｎ clad 、前記円形の直径をＤ、前記窪み部の配置間隔をＰ、前記窪み部の繰り返しピッチをＰ’＝（√３）・Ｐによってそれぞれ表し、
前記窪み領域におけるｉ番目（ｉは１以上の整数）の前記クラッド層における迷光の前記基板面に対する進行角度の初期角度がφ 0 ＝０°であり、かつ、前記基板に対する前記迷光の位置をｙ i によって表した場合に、前記迷光の伝搬方向に沿った方向についての前記窪み領域の長さは、以下の式２～式４によって求まる位置ｙ i がゼロ以下になる最小のｉをｉ min と表した場合に、ｉ min ・Ｐ’よりも長い、平面光波回路。
【請求項3】
前記複数の窪み部は、前記平面光波回路において発生する迷光の伝搬方向において、前記迷光が前記クラッド層内を横切る位置に配置されている、請求項１または２に記載の平面光波回路。
【請求項4】
前記複数の窪み部は、前記平面光波回路の前記面内方向のあらゆる方向において、前記平面光波回路において発生する迷光が前記クラッド層内を横切る位置に配置されている、請求項１または２に記載の平面光波回路。
【請求項5】
前記窪み部の側壁面の法線と前記基板の基板面の法線との成す角度が９０°とは異なる、請求項１に記載の平面光波回路。
【請求項6】
前記窪み部の側壁面の法線方向は、前記クラッド層の内部から外部に向かう方向であり、前記基板の基板面の法線方向は、前記基板から前記クラッド層に向かう方向であり、前記側壁面の法線方向と前記基板面の法線方向との成す角度は、９０°よりも小さい、請求項５に記載の平面光波回路。
【請求項7】
前記窪み領域において前記複数の窪み部を配置する配列軸の方向は、前記平面光波回路において発生する迷光の伝搬方向と異なる、請求項１または２に記載の平面光波回路。
【請求項8】
前記窪み領域における前記複数の窪み部の配置位置は、周期性を有する位置からランダムにずれた位置である、請求項１または２に記載の平面光波回路。
【請求項9】
前記コアが前記窪み領域に配置され、前記窪み部は前記窪み領域において前記コアを避けて配置された、請求項１または２に記載の平面光波回路。
【請求項10】
前記コアは、曲線部分を有する、請求項９に記載の平面光波回路。
【請求項11】
前記直径Ｄと前記配置間隔Ｐとが以下の式５を満たす、請求項１または２に記載の平面光波回路。【請求項12】
前記窪み領域を構成する前記複数の窪み部の一部または全部は、前記基板に対する平面視および断面視の一方または双方に関するサイズが異なる、請求項１または２に記載の平面光波回路。
【請求項13】
前記窪み領域は、複数の領域に区分され、区分された前記複数の領域の一部または全部において、前記窪み部の前記サイズが異なり、かつ、前記窪み部の配置間隔が異なる、請求項１２に記載の平面光波回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、平面光波回路に関する。
【背景技術】
【0002】
基板上に作製される、光導波路を用いた平面光波回路（planar lightwave circuit：PLC）は、光フィルタ、光合分波器、または、光スイッチといった多彩な干渉計をチップ上に集積可能であり、様々な材料系を用いて実現される。例えば、石英系の光導波路によって構成される平面光波回路は、光の低損失性、安定性、および／または、信頼性に優れるため、光通信分野を中心に広く実用に供される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１０－３２９２１号公報
【文献】特開平９－５５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
既知の平面光波回路においては、クラッド層を伝搬する迷光によるクロストークの抑制または低減に関して改善の余地がある。
【0005】
本開示の目的の１つは、クラッド層を伝搬する光（例えば、迷光）によるクロストークを抑制または低減する効果を向上可能な平面光波回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一態様に係る平面光波回路は、基板と、前記基板の上部に設けられたクラッド層と、前記クラッド層に埋め込まれて導波路を構成するコアと、前記クラッド層に形成された複数の窪み部が前記クラッド層の面内方向に２次元に配置された窪み領域と、を備える。
【発明の効果】
【0007】
本開示の一態様に係る平面光波回路によれば、クラッド層を伝搬する光（例えば、迷光）によるクロストークを抑制または低減する効果を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】シリコン基板上に石英系の光導波路を作製する平面光波回路技術を用いて構成された光回路を模式的に示す上面図である。
【図3】実施形態に係る遮光溝群を備えた平面光波回路の非限定的な一例である光回路を模式的に示す上面図である。
【図7】（ａ）～（ｈ）のそれぞれは遮光溝群における深溝の配置パターン例を模式的に示す上面図である。
【図8】実施形態の遮光溝群において迷光が複数の深溝を横切って伝搬する様子の詳細例を示す図である。
【図9】実施形態においてｚ軸方向に伝搬する迷光が遮光溝群を進行する際のｙ軸方向の位置変化の一例を示すグラフである。
【図10】実施形態による光回路の端面に受光素子が実装された例を模式的に示す断面図である。
【図12】実施形態の加工限界付近における溝の仕上がり形状の一例を模式的に示す断面図である。
【図13】実施例による遮光溝群の効果を確認するために作製したテスト回路の一例を模式的に示す上面図である。
【図14】実施例によるテスト回路の波長に対する透過率スペクトルを評価した結果の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照しながら本開示の実施形態および実施例について詳細に説明する。同一または類似の符号は同一または類似の要素を示し、繰り返しの説明を省略する場合がある。以下の説明において材料および数値を記載した場合、それらは例示であり、他の材料および数値を追加的または代替的に用いて本開示が実施されてもよい。
【0010】
［概要］
図１は、シリコン基板上に石英系の光導波路を作製する平面光波回路技術を用いて構成された光回路１００を模式的に示す上面図である。
図１は、シリコン基板上に石英系の光導波路を作製する平面光波回路技術を用いて構成された光回路１００を模式的に示す上面図である。
【0011】
光回路１００は、図２により後述するように、基板１と、基板１の上部に積層されたクラッド層２と、クラッド層２の内部に埋め込まれて導波路として機能するコア３とを備える。なお、コア３を以下において導波路コア３または導波路３と表記することがある。また、クラッド層２をクラッド２と略記することがある。
【0012】
光回路１００には、例えば、光フィルタとして機能する光干渉計回路１１０ａ、１１０ｂ、光スイッチまたは減衰器として機能する光干渉計回路１２０ａ、１２０ｂ、および、光分岐回路１３０ａ、１３０ｂが、導波路３によって縦続接続された構成にて集積される。また、光回路１００のチップ端面には、例示的に、入力光ファイバ１０１ａ、１０１ｂ、出力光ファイバ１０２ａ、１０２ｂ、および、受光素子１０３ａ、１０３ｂが実装される。
【0013】
なお、光回路１００には、上述のとおり、回路または素子等が２セットずつ集積または実装されており、それらの構成要素を符号の末尾に付した「ａ」または「ｂ」によって区別するが、区別の必要がない場合には末尾の記号を省略して記載する。
【0014】
光干渉計回路１１０および光干渉計回路１２０は、いずれも、２つの光カプラを２本の導波路３によって縦続接続して構成されるマッハツェンダ干渉計である。光干渉計回路１１０は、例示的に、縦続接続する２本の導波路３の導波路長（別言すると、光路長差）がΔＬだけ異なる。既知の干渉現象によって、この光路長差ΔＬによって定まる繰り返し周期を有する特定波長の光が光干渉計回路１１０を透過し、その他の波長の光は遮断される。
【0015】
光干渉計回路１２０には、例示的に、縦続接続する２本の導波路３のいずれか一方に熱光学移相器が設けられる。図２は、図１において切断線Ｘ－Ｘ’に沿った断面を部分的に示す部分断面図であり、例示的に、一方の光干渉計回路１２０ａに着目した部分の断面を示す。なお、他方の光干渉計回路１２０ｂに着目した部分の断面も、光干渉計回路１２０ａに着目した部分の断面と同等と理解されてよい。
【0016】
図２に例示したように、光干渉計回路１２０において、基板１上に積層されたクラッド２の上部に薄膜ヒータ４が設けられる。薄膜ヒータ４に通電することで、薄膜ヒータ４の下方に位置する導波路コア３の温度が局所的に変化し、この温度変化に応じて導波路コア３の等価屈折率が熱光学効果によって変化する。
【0017】
等価屈折率の変化に応じて、導波路コア３を伝搬する光の位相がシフトし、光干渉計回路１２０の干渉条件が変化するため、光干渉計回路１２０の透過率が変化する。光分岐回路１３０は、Ｙ分岐導波路と呼ばれる１本の導波路が２本に分かれる構造の回路によって、光を２つに分岐する。
【0018】
入力光ファイバ１０１から光回路１００に入力された光は、光干渉計回路１１０において、特定波長とは異なる波長成分の光が遮断されるようにフィルタリングされ、特定波長の光が後段の光干渉計回路１２０へ導かれる。光干渉計回路１１０を透過した光は、光干渉計回路１２０において減衰を受けた後、光分岐回路１３０によって２つの光に分岐される。分岐された一方の光は出力光ファイバ１０２へ出力され、他方の光は受光素子１０３に導かれる。
【0019】
ここで、光回路１００では、導波路３を伝搬せずにクラッド内を伝搬する「迷光」と呼ばれる望ましくない光が発生することがある。例えば、光回路１００では、入力光ファイバ１０１と光回路１００との接続部において、伝搬モードのミスマッチ、または、実装軸ズレにより漏れ光が発生し、この漏れ光が迷光となる。
【0020】
また、光干渉計回路１１０では、既述の特定波長とは異なる波長の光が未接続ポート１１２から出力されて迷光となる。同様に、光干渉計回路１２０では、減衰した分の光が未接続ポート１２２から出力されて迷光となる。さらに、光分岐回路１３０では、Ｙ分岐導波路の「股」に相当する部分から、例えば、製造の不完全性による形状のズレに起因して、漏れ光が発生し、この漏れ光が迷光となる。
【0021】
以上のような迷光が、以下に例示列挙するような複数の箇所の一部または全部から導波路３等に入射した場合、導波路３を伝搬する光に対するクロストークとなり、光回路１００の特性（または性能）劣化が生じる。なお、迷光が導波路３等に「入射」することを、以下において、便宜的に、迷光が導波路３等に「飛び込む」と表記することがある。
【0022】
（迷光が飛び込み得る箇所）
・光干渉計回路１１０の未接続ポート１１１
・光干渉計回路１２０の未接続ポート１２１
・光分岐回路１３０のＹ分岐のために導波路３が徐々に太くなる部分
・光回路１００と出力光ファイバ１０２との接続部
・受光素子１０３の受光面
・光干渉計回路１１０の未接続ポート１１１
・光干渉計回路１２０の未接続ポート１２１
・光分岐回路１３０のＹ分岐のために導波路３が徐々に太くなる部分
・光回路１００と出力光ファイバ１０２との接続部
・受光素子１０３の受光面
【0023】
光回路１００において損失が発生し得る箇所は、迷光の発生箇所であると共に迷光の飛び込み箇所でもあり得る。これらの迷光を低減または除去するための方法が幾つか検討される。例えば、特許文献１には、全反射溝を用いる方法が記載される。
【0024】
この方法は、迷光が進む方向に対して斜めに横切る全反射溝をクラッドに設け、空気とクラッドとの境界面において迷光を全反射させることで、飛び込み箇所に迷光が進まないようにする方法である。全反射溝としては、例えば、迷光の進行方向と境界面の法線方向との成す角度が臨界角である４３°以上となる境界面を一辺に有する三角形状が用いられる。
【0025】
一方、特許文献２には、遮光材を用いる方法が記載される。この方法は、クラッドに溝を形成し、その溝に遮光材としての光吸収材を充填することで、迷光を遮光する方法である。光吸収材は、母材である樹脂に光吸収微粒子を混ぜることによって得られる材料であり、この材料の塗布によって溝に対して光吸収材が充填される。
【0026】
しかしながら、特許文献１記載の全反射溝を用いる方法では、迷光の進行方向を回路面内において変えるに過ぎないため、迷光がクラッド中を伝搬する状況、例えば、回路面に垂直な方向に関する屈折の状況が変わるわけではない。回路規模が小さい場合は、迷光の発生箇所と飛び込み箇所とを結ぶクラッド中の伝搬経路が生じないように全反射溝を配置することが可能である。一方、回路規模が増大した場合、迷光の発生箇所と飛び込み箇所の個数が増えるため、迷光の発生箇所と飛び込み箇所との全ての組み合わせを考慮して全反射溝を配置することが難しくなり得る。
【0027】
例えば図１において、未接続ポート１１２ａから出射された迷光が未接続ポート１２１ａに飛び込まないように、これらの中間に全反射溝を配置した場合、未接続ポート１２１ａへの迷光の飛び込みを阻止できる。その一方で、未接続ポート１２１ａの隣に位置する未接続ポート１２１ｂ、または後段の光分岐回路１３０ｂといった他の箇所には、未接続ポート１１２ａから出射した迷光が飛び込む可能性がある。同様に、例えば、未接続ポート１２２と出力光ファイバ１０２との間に全反射溝を配置して未接続ポート１２２から出力光ファイバ１０２へ迷光が飛び込まないようにした場合、未接続ポート１２２の後段に配置された受光素子１０３等に飛び込む可能性がある。
【0028】
また、光回路１００の端面に実装された受光素子１０３は、導波路３のコアサイズに比べて広い受光面を有しており、また、光回路１００の端面に対してあらゆる角度から入射する光を受光し得るため、クロストークが発生し易い。
【0029】
したがって、特許文献１記載の方法では、回路規模が大きく集積密度の高い回路において、全ての飛び込み経路を考慮して全反射溝を配置することが難しく現実的でないと云える。また、全反射溝は、クラッド中において広がって伝搬してきた迷光を全て反射するために、臨界角を満たす境界面が一定の大きさに設定されるため、光回路の集積密度の向上を妨げ得る。
【0030】
一方、特許文献２に記載の遮光材を用いる方法では、光吸収材の充填工程が追加され、作製工程が増加するため、コストアップにつながり得る。また、光吸収材の充填による塗布の位置精度は十分とは云えないため、光吸収材の塗布領域とチップ端または光回路中の断熱溝のような他の領域との間に十分な間隔を設けざるを得ない。さらに、光吸収材に用いられる樹脂からシロキサンといったガスが長期的に発生し得るため、光回路の信頼性が低下する要因になり得る。
【0031】
そこで、以下においては、クラッド層を伝搬する光（例えば、迷光）によるクロストークを抑制または低減する効果を向上でき、また、コストアップまたは信頼性の低下を回避することが可能な平面光波回路の非限定的な実施形態および実施例について説明する。なお、「迷光」は、クラッド層において「伝搬させたくない不要な光」、または「減衰させたい光」の非限定的な一例と理解されてもよい。
【0032】
なお、以下に説明する実施形態および実施例では、石英系の導波路３を用いた平面光波回路の例を示すが、本開示において、導波路３の材料は石英系に限定されない。例えば、石英系の導波路３に限らず、高分子系導波路、シリコン（Ｓｉ）導波路、インジウムリン（ＩｎＰ）系導波路といった他の材料系の導波路が、本開示に係る平面光波回路に適用されてよい。
【0033】
［実施形態］
図３は、実施形態に係る遮光溝群を備えた平面光波回路の非限定的な一例である光回路２００を模式的に示す上面図である。図３に例示した光回路２００は、図１に例示した構成において、遮光溝群２１０－１、２１０－２および２１０－３を追加的に備えた構成に相当する。なお、その他の光回路２００における構成要素は、図１に例示した構成要素と同等または同様と理解されてよい。
図３は、実施形態に係る遮光溝群を備えた平面光波回路の非限定的な一例である光回路２００を模式的に示す上面図である。図３に例示した光回路２００は、図１に例示した構成において、遮光溝群２１０－１、２１０－２および２１０－３を追加的に備えた構成に相当する。なお、その他の光回路２００における構成要素は、図１に例示した構成要素と同等または同様と理解されてよい。
【0034】
例示的に、遮光溝群２１０－１は、入力光ファイバ１０１の接続部と光干渉計回路１１０との間に設けられ、遮光溝群２１０－２は、光干渉計回路１１０と光干渉計回路１２０との間に設けられる。遮光溝群２１０－３は、光干渉計回路１２０および光分岐回路１３０と出力光ファイバ１０２の接続部との間に設けられる。別言すると、光回路２００は、迷光の発生箇所と迷光の飛び込み箇所との間に対応して遮光溝群２１０－１、２１０－２および２１０－３を個別的に備える。
【0035】
図４は、図３に例示した個々の遮光溝群２１０－ｋ（ｋは１以上の整数）の詳細を説明するための部分拡大図である。なお、図３には、遮光溝群２１０－３を横切る導波路３が曲線部分を含む曲線導波路３として示されるが、説明の便宜のため、図４には、個々の遮光溝群２１０－ｋを横切る導波路３が直線導波路３である例が示される。また、以下において、個々の遮光溝群２１０－ｋを区別しなくてもよい場合には、「遮光溝群２１０」と略記することがある。
【0036】
図５および図６は、それぞれ、図４に示した切断線Ｘ－Ｘ’および切断線Ｚ－Ｚ’に沿った切断面を部分的に示す部分断面図である。図３～図６のそれぞれにおいて、ｚ軸は導波路３の入出力の方向に対応し、ｘ軸は基板１の平面内幅方向に対応し、ｙ軸は基板１に垂直な方向（別言すると、基板１の厚み方向）に対応する。ｘ軸、ｙ軸、および、ｚ軸が示す方向は、以降の説明において使用する図面においても同様である。
【0037】
図４～図６に示すように、遮光溝群２１０のそれぞれは、例示的に、導波路コア３の周辺のクラッド２を複数箇所において部分的に除去することにより形成された複数の深溝５を２次元的に配列した構成を有する。また、図５および図６に示すように、基板面の法線方向と深溝５の側壁面の法線方向とが成す角度は、９０°とは異なる角度である。基板面の法線方向は、例えば、基板１の裏面から表面に向かう方向である。深溝５の側壁面の法線方向は、例えば、クラッド２の内部から外部に向かう方向である。
【0038】
例えば図５に示すように、基板面の法線方向と深溝５の側壁面とが成す角度をθとして表した場合、上述した２つの法線方向が成す角度は「９０°－θ」として表され、したがって、「９０°とは異なる角度」はθ≠０°であることを意味する。
【0039】
なお、本開示において、「深溝」は、例えば、「溝」、「溝部」、「孔」、「孔部」、「窪み」、「窪み部」、「凹部」、または「クラッド除去部」といった他の用語に相互に読み替えられてもよい。「窪み」、「窪み部」、「凹部」または「クラッド除去部」という用語は、「溝」、「溝部」、「孔」および「孔部」を含む上位概念の用語と理解されてよい。また、遮光溝群２１０において、除去されずに残存したクラッド２の部分は、便宜的に、「残存クラッド」、「突出クラッド」、「凸状クラッド」、または「網目状クラッド」といった用語によって呼称されてもよい。
【0040】
複数の「深溝」によって構成される「遮光溝群」は、「溝群」と称されてもよいし、後述する機能的な構造に着目して、例えば、「迷光抑制構造」、「迷光低減構造」、または「光屈折制御構造」といった他の用語に相互に読み替えられてもよい。「～構造」は、例えば、「～構成」、「～手段」、または、「～部」といった他の用語に相互に読み替えられてもよい。「～部」は、例えば、「～領域」に読み替えられてもよい。
【0041】
図５および図６には、深溝５の上面視におけるサイズ（例えば、径）が基板１に近づくにつれて小さくなる形状にて深溝５を形成した例が示される。この例では、上述した２つの法線の成す角度は、９０°よりも小さい角度（即ち、θ＞０°）である。深溝５は、例えば、クラッド２の上面から基板１の上面に到達する深さに掘り切られることによって形成されてよい。代替的に、深溝５は、例えば、少なくとも迷光が発生する導波路コア３の高さに到達する、より浅い深さに形成されてもよい。導波路コア３の高さに相当する位置は、例えば図５の基板１に対するｙ軸方向の距離に相当する位置であり、例示的に、導波路コア３の下面に相当するｙ位置であってよい。
【0042】
後述するように、深溝５は、可能な限り稠密に配置した方が望ましいため、図４には、六方充填（「六方格子」に読み替えられてもよい）によって深溝５を配置した例が示される。また、光回路２００において、迷光の主な進行方向は、図４～図６におけるｚ軸方向である。六方充填の配列軸は、例えば図４において点線によって示したように、迷光の主な進行方向であるｚ軸方向とは異なる方向に配置される。
【0043】
このような配列軸の配置によって、例えば、ｚ軸方向に伝搬する迷光は、複数の遮光溝群２１０のそれぞれにおいて複数の深溝５を頻繁に横切って伝搬する。ｚ軸方向に伝搬する迷光が横切る深溝５の個数が増えるほど、後述するように、迷光を基板１の面内方向に散乱させ易くなり、また、基板１に近づく方向への迷光の屈折回数が増加するため、迷光をクラッド２の外に追い出し易くなる。
【0044】
深溝５のパターン形状は、特に限定されないが、例えば、平面視において、小さなパターンを密集して加工形成しやすい円形とすることで、深溝５を可能な限り稠密に配置することが容易になる。代替的に、平面視において円形とは異なる形状、例えば、四角形、六角形のような多角形または楕円等の形状が深溝５のパターン形状に適用されてもよい。
【0045】
深溝５のパターン形状が円形の場合は、基板１の面内方向（ｘｚ平面方向）における散乱によって、迷光を減衰させ易くできるという効果もある。例えば図４に示したように、深溝５の直径をＤ、深溝５の配置間隔をＰとそれぞれ表した場合、ｚ軸方向に伝搬する迷光が深溝５を横切る条件は、以下の式１によって表される。
【0046】
また、ＤとＰとを、例えば、以下の式２によって表される関係と定義することで、深溝５の間のクラッド２を基板面（ｘｚ平面）内の任意の方向においてできるだけ残すことができる。したがって、例えば、遮光溝群２１０の構造上の強度を一定程度に保ち易くすることが可能である。
【0047】
以上より、深溝５の直径Ｄは、式１および式２を満たす値、すなわち以下の式２ａを満たす値に設定されることが望ましい。
【0048】
また、ＤとＰとが以下の式３によって表される関係を満たす場合、深溝５の配列軸に交差する方向に限らず配列軸に沿った方向の迷光についても深溝５を横切ることになる。したがって、ＤとＰとが式３の関係を満たすことは、深溝５の配列軸に沿った方向を含むあらゆる方向に迷光が発生し得る場合に有用である。
【0049】
式１～式３（別言すると、式２ａおよび式３）を満たす遮光溝群２１０を設けることで、迷光は、多数の深溝５を横切って伝搬するため、基板１の面内方向に散乱される。さらに、θを０°とは異なる角度に設定することで、迷光は、基板１に垂直な方向へも複数回にわたって屈折して進み、クラッド２の外部に追い出される。例えば、θ＞０°の角度では、図６に示すように、迷光は複数の深溝５を横切るごとに基板１に近づく方向に屈折する。
【0050】
基板１の屈折率がクラッド２の屈折率よりも高い場合、迷光は、基板１において更に大きく屈折して伝搬する。例えば、波長１.５５マイクロメートル（μｍ）帯では、石英系の導波路３の屈折率は約１.４であり、シリコン基板の屈折率は約３.５であるため、このケースに該当する。
【0051】
シリコン基板に低抵抗ウェハと呼ばれる、ドーピングされたウェハを用いた場合には、波長１.５５μｍ帯においても光の吸収損失が大きく生じるので、迷光を効果的に減衰させることができる。また、θが０°以外の角度であることは、迷光の反射光についても基板１に垂直な方向に偏向させることができるという効果をもたらす。このように、複数の深溝５によって、迷光について屈折光だけでなく反射光をも効果的にクラッド２の外部に散乱できるため、迷光を効果的に減衰させることができる。
【0052】
本実施形態の光回路２００を製作するにあたっては、光回路１００と比べて遮光溝群２１０を形成する工程が加わる。例えば、フォトリソグラフィーのような微細加工技術を用いてクラッド２の一部分を除去して深溝５を形成する工程が加わる。
【0053】
ここで、熱光学移相器が設けられる光干渉計を集積する場合は、図１には図示を省略したが、多くの場合、薄膜ヒータ４による局所加熱の効率を上げるために、熱光学移相器の周辺に断熱溝が形成される。この断熱溝を形成する工程は、遮光溝群２１０の深溝５を形成する工程と兼用にできるため、断熱溝を形成する際に遮光溝群２１０の深溝５を併せて形成することで、工程数の増加を回避することができる。
【0054】
［遮光溝群を構成する深溝の各種配置パターン例］
遮光溝群２１０における深溝５の配置には、様々なパターンが考えられる。図７は、遮光溝群２１０における深溝の配置パターン例を模式的に示す上面図であり、非限定的な例示として（ａ）～（ｈ）の８つの配置パターンが示される。
遮光溝群２１０における深溝５の配置には、様々なパターンが考えられる。図７は、遮光溝群２１０における深溝の配置パターン例を模式的に示す上面図であり、非限定的な例示として（ａ）～（ｈ）の８つの配置パターンが示される。
【0055】
図７（ａ）は、基本的な配置パターン例を示し、深溝５をｘ軸方向およびｚ軸方向のそれぞれに沿って碁盤目状に並べた配置パターンである。迷光の進行方向がｚ軸方向からずれる場合には、このような碁盤目状の配置パターンによって迷光を除去または抑制できる。迷光の進行方向がｚ方向に沿った方向である場合には、迷光にとって深溝５と深溝５との間に見通せる隙間があるので、深溝５の間の隙間を進行する迷光を対象とした遮光手段が個別的に適用されてよい。なお、迷光にとって「見通せる隙間」とは、例えば、迷光が進行方向において深溝５を横切らずに伝搬可能なクラッド２が存在することを意味する。
【0056】
図７（ｂ）は、深溝５を碁盤目状に並べた配置パターンを斜めに傾けた配置パターン例を示す。図７（ｃ）は、深溝５を奇数列目と偶数列目とで半ピッチずらして並べた配置パターン例を示す。図７（ｂ）および図７（ｃ）に示した配置パターン例は、いずれも、深溝５の配置間隔Ｐよりも小さい値であって配置間隔Ｐとの関係において十分な大きさの（別言すると、配置間隔Ｐに対して小さすぎない）直径Ｄを用いることで、ｚ軸方向に沿った方向に伝搬する迷光にとって見通せる隙間を無くす（または減らす）ことができる。
【0057】
図７（ｄ）は、図４に例示した配置パターンと同様に六方充填によって深溝５を配置した配置パターン例を示す。図７（ｄ）に示す配置パターン例は、図７（ｃ）に示した配置パターン例と比較して、ｚ軸方向の深溝５の配置間隔が異なる。例えば、ｘ軸方向の配置間隔をＰと表した場合に、ｚ軸方向の配置間隔が、図７（ｃ）の配置パターン例ではＰであるのに対して、図７（ｄ）の配置パターン例では、Ｐ・（√３）／２であり、等方的な配置間隔である。このような配置により、基板平面（ｘｚ平面）内において、ｘ軸方向に加えて、ｚ軸方向に関しても深溝５の密度を高めることができる。
【0058】
図７（ｅ）は、深溝５を規則的に並べる代わりに、深溝５をランダムに並べた配置パターン例を示す。この配置パターン例は、遮光溝群２１０における深溝５の配置位置が周期性を有する位置からランダムにずれた位置にある配置パターンに相当する。このように深溝５をランダムに並べることで、光回路２００において迷光が飛び込み得る箇所に対してあらゆる方向について迷光にとって深溝５と深溝５との間が見通せる隙間を無くす（または減らす）ことができる。
【0059】
このランダムな配置パターン例は、別言すると、迷光の除去または抑制に関して確率的な配置パターンである。確率的な配置パターンであるため、配置する深溝５の個数を増やすほど、迷光にとって見通せる隙間が残る確率を減らすことができる。そのため、この配置パターンでは、例えば、基板平面（ｘｚ平面）において遮光溝群２１０の配置が基板サイズにおいて許容される範囲内で深溝５の配置領域サイズを拡大して、深溝５の配置数をできるだけ増やすようにしてよい。
【0060】
図７（ｆ）は、例えば、図７（ｄ）に示した六方充填の配置パターン例において、遮光溝群２１０を通り抜ける導波路３が、直線導波路に代えて、曲線導波路を含む導波路である場合の配置パターンに相当する。図７（ｄ）に示した六方充填の配置パターン例では、既述のとおり、深溝５の配置間隔Ｐに対して適切な直径Ｄを深溝５に用いることで、迷光にとって見通せる隙間を無くす（または減らす）ことができる。
【0061】
その一方で、導波路３の近傍において伝搬する迷光にとっては見通せる隙間が残り易い。そこで、図７（ｆ）に例示した配置パターンのように、遮光溝群２１０を通り抜ける導波路３に曲線導波路を含む導波路を適用することで、導波路３の近傍において伝搬する迷光にとっても見通せる隙間を無くす（または減らす）ことができる。
【0062】
図７（ｇ）は、図７（ｆ）に示した配置パターン例と同様に、遮光溝群２１０を通り抜ける導波路３が曲線導波路を含む導波路である場合の配置パターン例を示す。図７（ｆ）に示す配置パターン例は、例えば、規則的に一様に並べた深溝５に対して、遮光溝群２１０において導波路３が通る部分には深溝５を設けない配置パターンに相当する。導波路３のパターンに対して深溝５を設けない箇所は、例えば、パターン設計の際に用いられる所定のアルゴリズムによって決定されてよい。
【0063】
これに対し、図７（ｇ）に示した配置パターン例では、導波路３の周辺において、同一の基本形状（図７（ｆ）では円形）の深溝５を設ける代わりに、基本形状から導波路３のパターンを除いた形状の深溝５が設けられる。この配置パターンは、例えば、遮光溝群２１０において導波路３が通る部分の深溝５に対して導波路３の幅に所定の幅（別言すると、マージン）を加えたリッジパターンに基づいてパターン演算を行うことによって決定される。本例では、パターン描画上での演算処理を行えばよいので、パターン設計が容易になるというメリットが得られる。図３に例示した遮光溝群２１０－３は、本例の配置パターンに相当する。
【0064】
図７（ｈ）は、ｘ軸方向に細長い形状（便宜的に「縦方向ストライプ」と称されてもよい）の複数の深溝５をｚ軸方向に導波路３を避けて並べた配置パターン例を示す。なお、図７（ｈ）において付記した「Ｄ」はｘ軸方向に細長い形状の深溝５の幅を表し、「Ｐ’」はｚ軸方向の深溝５の繰り返しピッチを表し、図８を参照して後述する迷光の伝搬例の説明において用いられる。
【0065】
図７（ｈ）に例示した配置パターン例においては、進行方向がｘ軸方向に沿った方向とは異なる方向の迷光にとって見通せる隙間は無い（または最小化される）。したがって、迷光が概ねｚ軸方向に沿った方向に伝搬する場合に、効果的に迷光を減衰させることができる。なお、この配置パターンでは、除去されずに残存したクラッド２が細長いリッジ状になるため、図７（ａ）～図７（ｇ）に例示した配置パターン例に比べて例えばｘ軸に沿った方向を軸とした可撓性が高まる。
【0066】
［遮光溝群による屈折量］
図８は、遮光溝群２１０において迷光が複数の深溝５を横切って伝搬する様子の詳細例を示す図であり、図６に示した断面図を部分的に拡大して示す図に相当する。以下、図８を参照して、クラッド２を伝搬する迷光がｙｚ面内において深溝５によってどのように基板１に向かって屈折して進行するかについて説明する。
図８は、遮光溝群２１０において迷光が複数の深溝５を横切って伝搬する様子の詳細例を示す図であり、図６に示した断面図を部分的に拡大して示す図に相当する。以下、図８を参照して、クラッド２を伝搬する迷光がｙｚ面内において深溝５によってどのように基板１に向かって屈折して進行するかについて説明する。
【0067】
説明を単純にするため、深溝５の配置パターンは、例えば図７（ｈ）に示したような、ｘ軸方向に均一なパターンであると仮定する。また、深溝５の側壁の角度９０°からのズレ角をθ、深溝５のパターンの幅をＤ、深溝５のｚ軸方向の繰り返しピッチをＰ’によってそれぞれ表す。ここで、θ≠０°の場合、ＤおよびＰ’の値は厳密にはｙ軸方向の位置によって異なるが、計算の簡略化のため、便宜的に、一定値であると仮定する。また、迷光は、ｙｚ面内においてｚ軸方向のプラス側に向かって進むものと仮定する。
【0068】
迷光が、（ｉ－１）番目（ｉは１以上の整数）のクラッド２の中をｚ軸に対してφi-1の角度で進行し、ｉ番目の深溝５との境界面でｙ軸方向の位置がｙi-1であると仮定する。クラッド２と深溝５との境界面における入射角ξi（＝φi-1＋θ）と出射角ζiとの関係は、スネルの法則から、以下の式４によって表される。
【0069】
ここで、ｎcladはクラッド２の屈折率を表し、また、深溝５の屈折率は、空気の屈折率（＝１）である。したがって、ｉ番目の深溝５における迷光の進行角度φ’i（＝ζi－θ）は、以下の式５によって表される。
【0070】
同様に、ｉ番目の深溝５とｉ番目のクラッド２との境界面において入射角ζ’i（＝θ－φ’i）と出射角ξ’iとの関係は、以下の式６によって表される。したがって、ｉ番目のクラッド２における迷光の進行角度φi（＝ζi－θ）は、以下の式６によって表される関係を基に、以下の式７が導き出される。
【0071】
ｉ番目の深溝５における迷光のｙ方向の変化量「ｙ’i－ｙi-1」は、「－Ｄ・ｔａｎφi」によって表され、ｉ番目のクラッド２における変化量「ｙi－ｙ’i-1」は、「－（Ｐ’－Ｄ）・ｔａｎφi」によって表される。したがって、ｉ番目のクラッド２と（ｉ－１）番目の深溝５との境界面におけるｙ軸方向の位置ｙiは、以下の式８によって表すことができる。
【0072】
遮光溝群２１０に入射する迷光のｙ軸方向の位置、別言すると、ｙ軸の初期位置ｙ0は、基板１に対する導波路コア３の中心の高さ位置に相当し、非限定的な一例として、２５μｍ程度である。また、初期角度φ0は、例えばゼロである。石英系の導波路３の場合、ｎclad≒１.４４５である。
【0073】
これらのパラメータと、式５、式７および式８とを用いることで、迷光のｙ軸方向の位置ｙiを算出できる。従って、迷光のｙ軸方向の位置ｙiがゼロ以下になる最小のｉをｉminと表した場合に、迷光の伝搬方向に沿った方向についての遮光溝群２１０の長さをｉmin・Ｐ’よりも長くすれば、遮光溝群２１０によって迷光をクラッド２から除去できると言うことができる。
【0074】
図９は、ｚ軸方向に伝搬する迷光が遮光溝群２１０を進行する際のｙ軸方向の位置変化の一例を示すグラフである。図９（ａ）には、θ＝１°の場合に、深溝５の幅Ｄおよび繰り返しピッチＰ’を異なる３種類の組み合わせとしたケースが例示される。
【0075】
例えば図９（ａ）において、菱形のプロット（◆）は、（Ｐ’,Ｄ）＝（６０μｍ，３０μｍ）、三角形のプロット（▲）は、（Ｐ’,Ｄ）＝（１２０μｍ，６０μｍ）、四角形のプロット（■）は、（Ｐ’,Ｄ）＝（６９.３μｍ，３０μｍ）をそれぞれ表す。
【0076】
また、比較例として、図９（ａ）において、深溝５のｚ軸方向の繰り返し配置に代えて、１つの深溝が配置された位置よりもｚ軸方向後段にはクラッド２が除去されずに延在するケースが、バツ印のプロット（×）によって示される。なお、比較例において、単独で設けられた深溝は、ｘ軸方向の幅Ｄが５０μｍである。
【0077】
いずれのケースについても、迷光は、ｚ軸方向に伝搬するにつれて基板１に向かって屈折してゆく。ここで、迷光のｙ軸方向の位置がｙ0＝０になる、別言すると、迷光が基板１に到達するまでのｚ軸方向の伝搬距離は、単独溝（バツ印のプロット）では、２３００μｍ程度である。
【0078】
これに対して、遮光溝群２１０を設けたケース（３種類の◆プロット、▲プロット、および、■プロット）において、迷光のｙ軸方向の位置がｙ0＝０になるｚ軸方向の伝搬距離は、４５０～６５０μｍ程度と２３００μｍよりも大幅に短縮される。
【0079】
加えて、例えば、◆プロットと▲プロットとの比較から理解できるように、繰り返しピッチＰ’および幅Ｄを小さくして深溝５を高密度に配置するほど、迷光が基板１に到達するまでのｚ軸方向の伝搬距離を短縮できる。別言すると、遮光溝群２１０を配置する領域のｚ軸方向の長さを短縮できる。
【0080】
このように、光回路２００において、少なくとも迷光の伝搬方向に沿った方向に複数の深溝５が繰り返される遮光溝群２１０を配置することで、迷光を効果的にクラッド２の外部（例えば、基板１）に追い出して減衰させることができる。また、深溝５の配置密度を高めるほど、迷光の減衰効果を高めることができる。
【0081】
なお、図９（ａ）には、例えば、迷光が基板１に到達した時のｚ軸に対する角度φが併記される。迷光が基板１に到達するまでのｚ軸方向の伝搬距離が短くなる構成ほど、角度φも大きくなる傾向にあることが理解される。迷光がクラッド２の内部から基板１に到達した時のｚ軸に対する角度φが大きいほど、クラッド２と基板１との境界面における反射が抑制され易いため、例えば、迷光をクラッド２から基板１へ追い出す効率を高めることができる。
【0082】
一例として、図４に示した六方充填の配置パターン例のケースについて検討する。１列目の深溝５を横切った迷光は、２列目の深溝５の間に残存するクラッド２を通って、３列目の深溝５を横切ることになる。したがって、実効的な深溝５の繰り返しピッチＰ’は、以下の式９によって表すことができる。
【0083】
後述する実施例では、非限定的な一例として、Ｐ＝４５μｍ、Ｄ＝３０μｍである。この場合、Ｐ’＝６９.３μｍになる。図９（ａ）において、四角形のプロット（■）は、このパラメータによる算出結果の一例に相当する。概ね、ｚ軸方向の伝搬距離が５００μｍ程度において、迷光が基板１に到達することが理解される。
【0084】
一方、図９（ｂ）には、Ｐ’＝６９.３μｍ、Ｄ＝３０μｍとした場合に、既述の角度θをθ＝０.５°、θ＝１°、θ＝５°、θ＝２０°の４通りに変えた個々のケースについて、迷光のｙ軸方向の位置変化を算出した例が示される。深溝５の側壁は、基板１に対して垂直（θ＝０°）な角度に加工されることが一般的ではあるが、フォトリソグラフィーまたはエッチングといった工程のプロセス条件を調整することで、基板１に対して傾斜した角度（θ≠０°）に加工することが可能である。
【0085】
ここで、深溝５の側壁の基板１に対する傾斜角度θを大きくするほど、迷光が基板１に到達するまでのｚ軸方向の伝搬距離を短縮できるが、上述した４通りの角度θのうちの最小であるθ＝０.５°の場合であっても、ｚ軸方向の伝搬距離は７２０μｍ程度である。したがって、図９（ａ）においてバツ印のプロットによって示した単独溝と比較して、迷光のｚ軸方向の伝搬距離を大幅に短縮可能である。
【0086】
なお、図９（ｂ）においても、図９（ａ）と同様に、迷光が基板１に到達した時のｚ軸に対する角度φが併記される。クラッド２のｙ軸方向の高さ（または厚み）が４０μｍである場合に、深溝５を基板１に到達するまで概ね掘り切る構成とするには、クラッド２の上面においてＤ＝３０μｍとすると、傾斜角度θの最大値は約２０.６°である。
【0087】
ここまでの説明では、迷光が基板１に到達するまでの距離を、迷光を除去可能な長さ、別言すると、遮光溝群２１０を配置する領域の長さの目安とした。しかしながら、光回路２００の構成によっては迷光が基板１に到達することは、必須の条件でなくてもよい。以下、この点について説明する。
【0088】
図１０は、光回路（例えば、光回路２００）の端面に受光素子６が実装された例を模式的に示す断面図である。受光素子６は、例示的に、パッケージ１００１とパッケージ窓１００２とによって形成される空間内に封止されており、導波路コア３からの出力光を受光可能な位置に位置決めされて光回路のチップ端面に実装される。
【0089】
この受光素子６におけるクロストークの低減に着目した場合、導波路コア３を伝搬してチップ端面から出射された信号光が受光素子６において受光され、迷光は受光素子６の受光面に入射しなければよい。したがって、クラッド２の中を伝搬してきた迷光が基板１に到達しなくても、受光素子６の受光面の下端に相当する位置よりも、迷光のｙ位置が下回っていればよい。
【0090】
一方、図１０において点線で示した受光素子６ａのように、ｙ軸方向において、受光素子６の受光面のサイズが基板１の端面と重なるケースも想定され得る。このケースでは、基板１の中を伝搬する迷光のｙ位置が、チップ端面において受光素子６ａの受光面の下端に相当する位置を下回らないことがあり得る。
【0091】
例えば、基板１に高抵抗ウェハと呼ばれる、非ドーピングのウェハを用いた場合には、波長１.５５μｍ帯の光が基板１の中を伝搬する際の吸収損失はそれほど大きくない。そのため、このようなケースでは、例えば、基板１の中を伝搬する迷光のｙ位置がチップ端面において受光素子６ａの受光面の下端に相当する位置よりも下回るように、遮光溝群２１０のサイズ、繰り返しピッチといったパラメータが決定されてよい。
【0092】
以上のように、迷光の異なる特定の進行方向に着目した場合、それぞれの条件に合わせて遮光溝群２１０のサイズ、深溝５の繰り返しピッチといったパラメータが決定されてよい。光回路２００の回路規模の増加に応じて、迷光の発生箇所および飛び込み箇所の個数が増加した場合、例えば、特定の進行方向の迷光が基板１に到達するまでの距離を、迷光除去の目安として近似的に用いて、上述したパラメータが決定されてよい。これにより、例えば、多くの迷光の進行方向がパラメータ決定の検討対象になるような場合であっても、対処が可能である。
【0093】
［複数の領域の一部または全部に対して異なるサイズの深溝を用いた遮光溝群］
光回路２００において、例えば、１つの遮光溝群２１０の配置領域を複数の領域に区分し、区分した複数の領域（「区分領域」と称されてもよい）の一部または全部において異なるサイズの深溝５が適用されてもよい。
光回路２００において、例えば、１つの遮光溝群２１０の配置領域を複数の領域に区分し、区分した複数の領域（「区分領域」と称されてもよい）の一部または全部において異なるサイズの深溝５が適用されてもよい。
【0094】
例えば、図１１は、図７（ｄ）に示した深溝５の配置パターン例において、複数の区分領域の一部または全部に対して深溝５の直径Ｄを異ならせた構成に相当する配置パターンの一例を示す図である。なお、図１１には、図７（ｄ）に示した六方充填配置をベースにした配置パターンが例示される。
【0095】
例えば図１１（ａ）に示した配置パターン３１０において、複数（例えば、５つ）の領域３１１～３１５のうち、領域３１３と領域３１２および３１４との間において深溝５３および深溝５２の直径Ｄが互いに異なる。加えて、領域３１２および３１４と領域３１１および３１５との間において深溝５２および深溝５１の直径Ｄが互いに異なる。領域３１２と領域３１４との間、および、領域３１１と領域３１５との間における深溝の直径Ｄは、互いに同じでもよいし異なっていてもよい。
【0096】
領域３１３における深溝５３は、図７（ｄ）に示した深溝５の構成と同じと理解されてよいが、深溝５３の直径Ｄは、例えば、クラッド２を概ね掘り切ることができるギリギリのサイズの直径Ｄに相当する。領域３１２および３１４における深溝５２の直径Ｄは、例えば、領域３１３における深溝５３の直径Ｄよりも小さい。また、領域３１１および３１５における深溝５１の直径は、例えば、領域３１２および３１４における深溝５２の直径よりも更に小さい。このように、異なる複数のサイズの深溝５１～５３を設ける点が、図７に示した遮光溝群２１０の配置パターン例と相違する。
【0097】
ここで、加工する溝のサイズが加工限界よりも小さい場合、溝を掘り切ることが難しい。また、加工限界付近では、溝の底に相当する部分の形状が相対的に丸みを帯びて形成され得る。図１２は、実施形態の加工限界付近における溝の仕上がり形状の一例を模式的に示す断面図である。
【0098】
図１２において、深溝５３については、クラッド２が基板１の上面に到達するギリギリの深さにまで掘り切られた仕上がりが例示される。一方、深溝５２および深溝５１については、図１２において、クラッド２を基板１の上面に到達するギリギリの深さまでに掘り切ることが難しいため、深溝５３よりも浅い溝による仕上がりが例示される。
【0099】
また、深溝５１～５３のいずれも溝の底の付近では形状が丸みを帯びるため、それぞれの側壁の基板１に対する角度が９０°からズレ易い（例えば、ズレ角θが大きくなり易い）。そのため、この溝の底の付近を通過する迷光については、他の部分を通過する迷光よりも大きく進行方向を基板１側に偏向させることができる。
【0100】
したがって、クラッド２を伝搬する迷光を更に効果的にクラッド２の外部に追い出すことができる。また、深溝５３、５２、および、５１は、ｙ軸方向における溝の底の位置が異なるため、ｙ位置の異なる複数の迷光を分担して基板１に近づく方向に偏向させることができる。
【0101】
図１１（ａ）に例示した配置パターン３１０は、「ピッチ均等型」の配置パターン例であり、サイズの異なる深溝５１～５３が異なる区分領域３１１～３１５の別に、繰り返しピッチは均等であるように、振り分けて配置される。ただし、このように明確な領域別の振り分けは必須ではなく、例えば、サイズの異なる深溝５１～５３がランダムに配置されてもよい。例えば、個々の区分領域３１１～３１５において、それぞれ、深溝５１～５３のサイズがランダムに選択されてもよい。
【0102】
図１１（ｂ）は、複数の領域に対して個別的に深溝の直径を異ならせると共に、深溝の配置間隔を直径に応じて異ならせた配置パターン３２０の一例を示す図である。図１１（ｂ）において、深溝５１～５３それぞれの直径Ｄは、図１１（ｂ）に例示した配置パターン３１０と同じであると理解されてよい。
【0103】
ただし、深溝５３の配置された領域３２３、深溝５２の配置された領域３２２および３２４、並びに、深溝５１の配置された領域３２１および３２５のいずれについても、直径（Ｄ）と配置間隔（Ｐ）との比は一定である。別言すると、図１１（ｂ）に例示した配置パターン３２０は、「開口率均等型」の配置パターン例である。このような配置パターン３２０を用いることで、領域３２１～３２５のいずれについても前掲の式３に示した条件を満たす遮光溝群２１０を構成できる。
【0104】
以上述べたように、実施形態に係る光回路２００は、導波路コア３の周辺のクラッド２を除去することにより形成された複数の深溝５を２次元的に配列して構成される遮光溝群２１０を有する。遮光溝群２１０によって、クラッド２を伝搬する迷光を屈折または反射により散乱させて減衰させることができる。
【0105】
例えば、深溝５の側壁の基板１に対する角度を９０°以外の角度（別言すると、既述の角度θが０°以外）に設定することで、迷光の進行方向がｙ軸方向に偏向されるので、迷光がクラッド２の外部に散乱して減衰する確実性を高めることができる。したがって、例えば、迷光を回路面内（別言すると、ｘｚ平面内）において偏向させる場合に比して、ｙ軸方向への偏向が加わるため、光回路２００において迷光を低減する効果を大幅に高めることができる。
【0106】
例えば、図７（ａ）～図７（ｇ）、または、図１１に例示したような、深溝５が２次元的に配列して構成される遮光溝群２１０によれば、ｙ軸方向への屈折に加えてｘ軸方向についての屈折または反射が生じるため、ｚ軸方向に伝搬する迷光を更に減衰できる。また、溝構造を微細化した際にはクラッド２の壁の配置密度を高めることができるので、相対的に光回路２００の機械的な強度を高めることができる。
【0107】
また、深溝の配列を稠密にするほど短い距離で効果的に光を散乱させることができる。さらに、曲線導波路部分に遮光溝群２１０を配置することで、導波路コア３の周辺のクラッド２を伝搬する迷光を確実に減衰させることができる。
【0108】
したがって、例えば、光回路２００の回路規模および集積密度が増加した場合であっても、迷光の全ての飛び込み経路や全反射の方向等を詳細に検討しなくてもよい。例えば、所定の領域サイズの遮光溝群２１０を光干渉計回路１１０および１２０の間等に設けるといった一定のルールに従って回路設計を行うことで、迷光を効果的に減衰させることができる。よって、光回路２００の設計難易度を下げることができ、干渉計や入出力光ファイバの接続位置、受光素子位置といった配置に関する制約を無くす、または最小限に低減できる。
【0109】
以上の実施形態では、例えば、光吸収材の塗布による充填を用いなくてよいため、コストアップまたは信頼性上の懸念を回避できる。ただし、遮光溝群２１０を構成する深溝５の全部または一部に光吸収材を塗布によって充填する方法が本開示において適用されてもよい。この場合、深溝５による構造的な迷光減衰効果に加えて、光吸収材による材料的な迷光減衰効果が得られる。
【0110】
例えば図７（ａ）～図７（ｇ）に例示したような、深溝５を２次元的に配列して構成される遮光溝群２１０において遮光材が充填されてもよい。この場合、例えば、特許文献２に記載されるような、除去せずに残存させるクラッドを導波路コア３の周辺に限定する構成に比べて、光回路２００の機械的な強度を高めることができる。
【0111】
［実施形態の補足］
図１の構成をベースにして図３に例示した光回路２００において、光干渉計回路１１０、１２０、および、光分岐回路１３０といった回路は、２セットずつ設けられる必要はなく、例えば、１セットでもよいし、３セット以上が設けられてもよい。
図１の構成をベースにして図３に例示した光回路２００において、光干渉計回路１１０、１２０、および、光分岐回路１３０といった回路は、２セットずつ設けられる必要はなく、例えば、１セットでもよいし、３セット以上が設けられてもよい。
【0112】
また、図３に示した光回路２００では、遮光溝群２１０が、基板１において迷光の飛び込み箇所の数に応じて３箇所に配置される例であるが、光回路２００において、遮光溝群２１０の配置数は１または２でもよいし４以上でもよい。
【0113】
さらに、上述した実施形態においては、遮光溝群２１０による減衰対象の光が迷光である例について説明したが、遮光溝群２１０は、迷光とは異なる光を減衰させるために使用されてもよい。
【実施例】
【0114】
図１３は、実施例による遮光溝群の効果を確認するために作製したテスト回路５００の一例を模式的に示す上面図である。シリコン基板上に石英系のクラッド２が作製されている。また、平面視においてクラッド２の中央部上方に遮光溝群５５０が作製されている。なお、テスト回路５００では、クラッド２を伝搬する迷光の低減効果を確認することが目的であるため、導波路（コア）３は未作製である。
【0115】
遮光溝群５５０を構成する深溝の配置パターンは、図４に例示した六方充填の配置であり、平面視における深溝の形状は円形である。深溝の直径Ｄは、例示的に、３０μｍである。深溝の配置間隔Ｐは、例示的に、４５μｍである。クラッド２のｙ軸方向の高さは、例示的に、約４０μｍである。深溝の側壁の基板１に対する角度の９０°からのズレ角（θ）は、約１°である。遮光溝群５５０が設けられたｚ軸方向の領域の長さは約１ｍｍである。
【0116】
このテスト回路５００のチップ端面に、入力光ファイバ５１１および５２１と出力光ファイバ５１２および５２２とが、基板１から約２５μｍの高さ（ｙ軸方向）の位置に取り付けられる。入力光ファイバ５１１と出力光ファイバ５１２とは例えば端面が互いに向き合う位置（ｘ軸方向のｘ位置）に取り付けられ、これらの入力光ファイバ５１１と出力光ファイバ５１２との間に遮光溝群５５０が配置される。
【0117】
一方、入力光ファイバ５２１および出力光ファイバ５２２は、入力光ファイバ５１１および出力光ファイバ５１２の取り付け位置（ｘ位置）とは異なるｘ位置において、端面が互いに向き合うように取り付けられる。入力光ファイバ５１１および出力光ファイバ５１２の間とは異なり、入力光ファイバ５２１および出力光ファイバ５２２の間のクラッド２には遮光溝群５５０は未配置である。
【0118】
図１４は、実施例によるテスト回路５００の波長に対する透過率スペクトルを評価した結果の一例を示すグラフである。図１４に例示したように、光の偏波モード（ＴＥモードまたはＴＭモード）に関わらず、遮光溝群５５０が未配置の光路における平均的な光の透過率よりも、遮光溝群５５０を配置した光路における平均的な光の透過率の方が低いことが理解される。
【0119】
例えば、１.５５μｍ帯の光源を用いて入力光ファイバ５１１から遮光溝群５５０を介して出力光ファイバ５１２に至る光路の平均的な光の透過率を評価したところ、約－５３ｄＢであった。一方、入力光ファイバ５２１から遮光溝群５５０を介さずに出力光ファイバ５２２に至る光路の平均的な光の透過率は、約－２１ｄＢであった。したがって、遮光溝群５５０の存在によって、迷光を３２ｄＢ程度低減できることが確認された。
【0120】
以上、本開示について詳細に説明したが、本開示を通じて説明した内容に本開示の趣旨および範囲が限定されないことは当業者に明らかである。本開示は、請求の範囲の記載によって定まる本開示の趣旨および範囲を逸脱することなく修正及び変更態様として実施可能である。したがって、本開示の記載は、例示的な説明を目的とし、本開示の趣旨および範囲に対して何らの制限的な意味を有さない。
【符号の説明】
【0121】
１ 基板
２ クラッド層
３ 導波路（コア）
４ 薄膜ヒータ
５、５１～５３ 深溝
６、６ａ 受光素子
１００、２００ 光回路
１０１ａ、１０１ｂ、５１１、５２１ 入力光ファイバ
１０２ａ、１０２ｂ、５１２、５２２ 出力光ファイバ
１０３ａ、１０３ｂ 受光素子
１１０ａ、１１０ｂ、１２０ａ、１２０ｂ 光干渉計回路
１１１ａ、１１１ｂ、１１２ａ、１１２ｂ、１２１ａ、１２１ｂ、１２２ａ、１２２ｂ 未接続ポート
１３０ａ、１３０ｂ 光分岐回路
２１０－１、２１０－２、２１０－３、５５０ 遮光溝群
３１１～３１５、３２１～３２５ 領域
５００ テスト回路
１００１ パッケージ
１００２ パッケージ窓
２ クラッド層
３ 導波路（コア）
４ 薄膜ヒータ
５、５１～５３ 深溝
６、６ａ 受光素子
１００、２００ 光回路
１０１ａ、１０１ｂ、５１１、５２１ 入力光ファイバ
１０２ａ、１０２ｂ、５１２、５２２ 出力光ファイバ
１０３ａ、１０３ｂ 受光素子
１１０ａ、１１０ｂ、１２０ａ、１２０ｂ 光干渉計回路
１１１ａ、１１１ｂ、１１２ａ、１１２ｂ、１２１ａ、１２１ｂ、１２２ａ、１２２ｂ 未接続ポート
１３０ａ、１３０ｂ 光分岐回路
２１０－１、２１０－２、２１０－３、５５０ 遮光溝群
３１１～３１５、３２１～３２５ 領域
５００ テスト回路
１００１ パッケージ
１００２ パッケージ窓
【要約】
【課題】平面光波回路において、クラッド層を伝搬する光（例えば、迷光）によるクロストークを抑制または低減する効果を向上する。
【解決手段】本開示の平面光波回路は、基板１と、基板１上に設けられたクラッド層２と、クラッド層２に埋め込まれて導波路を構成するコア３と、クラッド層２に形成された複数の窪み部５がクラッド層２の面内方向に２次元に配置された窪み領域２１０と、を備える。
【選択図】図６
【解決手段】本開示の平面光波回路は、基板１と、基板１上に設けられたクラッド層２と、クラッド層２に埋め込まれて導波路を構成するコア３と、クラッド層２に形成された複数の窪み部５がクラッド層２の面内方向に２次元に配置された窪み領域２１０と、を備える。
【選択図】図６
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】