(57)【要約】      （修正有）【課題】凹部内のクラッドの変更により、コアを伝搬する光の状態を変化させる光素子とその使用方法、及び光集積回路とその検査方法を提供する。【解決手段】コア１２と、コア１２の周囲を囲む第１クラッド１４１とを備え、コア１２を露出させるように第１クラッド１４１が除去された凹部１８と、凹部に設けられる第２クラッド１４２とを備える。コア１２はＳｉを用いている。第１クラッド１４１の材料はＳｉＯ２である。第２クラッド１４２は、この例では、空気である。第２クラッド１４２には、コア１２よりも屈折率が小さいものの中から伝搬光に所望の遅延を付与する種々の材料を選択できる。【選択図】図１
2014071318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、
該コアの周囲を囲む第１クラッドと、
前記コアを露出させるように前記第１クラッドが除去された凹部と、
該凹部に設けられる第２クラッドとを備えることを特徴とする光素子。
【請求項２】
前記第２クラッドの材料が変更可能であることを特徴とする請求項１に記載の光素子。
【請求項３】
前記コアが、光結合可能な間隔を空けて互いに平行に配置された第１及び第２コアで構成され、
該第１及び第２コアを備える方向性結合器を有し、
前記第２クラッドの材料に依存して、前記第１及び第２コア間での伝搬光の移行率が定まることを特徴とする請求項１又は２に記載の光素子。
【請求項４】
前記第１コアから前記第２コアへの前記移行率を１とする第１材料と、前記第１コアから前記第２コアへの前記移行率を０とする第２材料の何れかを前記第２クラッドとして用いることを特徴とする請求項３に記載の光素子。
【請求項５】
前記コアとして、ｇ入力（ｇは１以上の整数）で、ｈ出力（ｈは２以上の整数）の多モード干渉光導波路用の第１コアを備えることを特徴とする請求項１に記載の光素子。
【請求項６】
前記凹部の前記第１クラッドの表面に設けられた開口の面積は、前記コアが露出する前記凹部の底面よりも大きいことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の光素子。
【請求項７】
各々が請求項３又は４に記載の光素子である第１〜第ｎ光分岐部（ｎは１以上の整数）と、
ｎ波長の光が入出力され、回路素子である受動素子及び能動素子の双方又は何れか一方を１個以上備える回路部と、
前記第１〜第ｎ光分岐部の前記第１コアを備え、光伝搬方向に沿って延在する主光導波路と、
前記第１〜第ｎ光分岐部の前記第２コアにそれぞれ接続される第１〜第ｎ副光導波路とを共通の基板に有し、
前記主光導波路に前記回路部が接続され、前記第１〜第ｎ光分岐部が、光伝播方向に直列に配置されている
ことを特徴とする光集積回路。
【請求項８】
前記主光導波路の前記基板の主面に垂直な端面に設けられ、前記主面に平行に伝搬光を入出力する主光入出力部と、
前記第１〜第ｎ副光導波路のそれぞれに接続されて、前記基板の主面側に設けられ、前記主面に非平行に伝搬光を入出力する第１〜第ｎ副光入出力部を更に備えることを特徴とする請求項７に記載の光集積回路。
【請求項９】
ｎ＝２であり、
前記回路部が
該回路部に入力された第１波長の入力光を受光する受光素子と、
前記回路部から出力される前記第１波長とは異なる第２波長の出力光を出力する発光素子と、
前記受光素子及び前記発光素子のそれぞれと接続され、前記入力光及び前記出力光を合分波し、前記主光導波路を伝搬させる光合分波素子とを、それぞれ回路素子として備え、
前記第２クラッドが前記第１材料の場合に、前記第１光分岐部は、前記第１副光導波路を伝搬する第１波長の入力光の前記主光導波路への光の移行率１とするように構成され、
前記第２クラッドが前記第２材料の場合に、前記第２光分岐部は、前記主光導波路を伝搬する第２波長の光の前記第２副光導波路への出力光の移行率を１とするように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の光集積回路。
【請求項１０】
各々が請求項３又は４に記載の光素子である第１及び第２光分岐部と、
回路素子である受動素子及び能動素子の双方又は何れか一方を１個以上備える回路部と、
互いに接続された、前記第１及び第２光分岐部の前記第１コアを備える主光導波路と、
互いに接続された、前記第１及び第２光分岐部の前記第２コアを備える副光導波路とを共通の基板に有し、
前記回路部は、前記主光導波路及び前記副光導波路の双方又は何れか一方に設けられていることを特徴とする光集積回路。
【請求項１１】
前記回路部が可変減衰器であり、前記主光導波路の一端部に受光素子が接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の光集積回路。
【請求項１２】
前記回路部が光変調器であり、前記主光導波路の一端部に発光素子が接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の光集積回路。
【請求項１３】
請求項３又は４に記載の光素子である第３光分岐部と、
波長分割多重された第１光信号を受信する受信部と、
波長分割多重された第２光信号を出力する第１送信部と、
波長分割多重された前記第２光信号とは異なる第３光信号を出力する第２送信部とを備え、
前記第３光分岐部の前記第１コアに前記第１送信部が接続され、前記第３光分岐部の前記第２コアに前記第２送信部が接続されることを特徴とする光集積回路。
【請求項１４】
コアと、該コアの周囲を囲む第１クラッドと、前記コアを露出させるように前記第１クラッドが除去された凹部と、該凹部に設けられる第２クラッドとを備えており、
前記第１及び第２クラッド、並びに前記コアで構成される光導波路が
第１及び第２Ｙ分岐光導波路と、
該第１及び第２Ｙ分岐導波路の間をそれぞれ接続する、第１及び第２アーム光導波路を備えるアーム部とを備え、
前記第１及び第２アーム光導波路の双方又は一方に、前記凹部が設けられていることを特徴とする光集積回路。
【請求項１５】
前記凹部の前記第１クラッドの表面に設けられた開口の面積は、前記コアが露出する前記凹部の底面よりも大きいことを特徴とする請求項７〜１４の何れか一項に記載の光集積回路。
【請求項１６】
コアと、該コアの周囲を囲む第１クラッドと、前記コアを露出させるように前記第１クラッドが除去された凹部と、該凹部に設けられる第２クラッドとを備えた光素子を使用するに当たり、
前記第２クラッドとして互いに屈折率の異なる複数の材料を用い、
前記第２クラッドの前記材料を変えることで、前記コアを伝搬する光に、前記材料の屈折率に応じて異なる遅延を与えることを特徴とする光素子の使用方法。
【請求項１７】
光結合可能な間隔を空けて互いに平行に配置された第１及び第２コアと、該第１及び第２コアの周囲を囲む第１クラッドと、前記第１及び第２コアを露出させるように前記第１クラッドが除去された凹部と、該凹部に設けられる第２クラッドと、前記第１及び第２コアで構成される方向性結合器とを備えた光素子を使用するに当たり、
前記第２クラッドとして互いに屈折率の異なる複数の材料を用い、
前記第２クラッドの前記材料を変えることで、前記第１及び第２コア間での伝搬光の移行率を、前記材料の屈折率に応じて異なる値とすることを特徴とする光素子の使用方法。
【請求項１８】
光結合可能な間隔を空けて互いに平行に配置されることで方向性結合器を構成する第１及び第２コア、該第１及び第２コアの周囲を囲む第１クラッド、前記第１及び第２コアを露出させるように前記第１クラッドが除去された凹部、並びに、該凹部に設けられる第２クラッドを備える分岐部と、
前記第１コアに接続された主光導波路と、
前記第２コアに接続された副光導波路と、
前記主光導波路に接続された回路部及び主入出力部と、
前記副光導波路に接続された副光入出力部とを基板の主面側に備えた光集積回路の検査方法であって、
前記第２クラッドとして互いに屈折率の異なる第１及び第２材料を用い、
検査時に、前記第２クラッドを前記第１材料から前記第２材料へと入れ替え、前記方向性結合器の移行率を変化させることで、光を前記副光入出力部と前記回路部とを結ぶ伝搬経路に変更し
検査終了後に、前記第２クラッドを前記第２材料から前記第１材料へと入れ替え、前記方向性結合器の移行率を再変化させることで、光を前記主入出力部と前記回路部とを結ぶ伝搬経路に変更することを特徴とする光集積回路の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種の光デバイスに用いられる光素子及びその使用方法、並びに、この光素子を用いた光集積回路及びその検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体製造技術を利用して、Ｓｉウエハ等に多数の光集積回路（以下、単に、「光回路」とも称する。）を形成する技術が用いられている。一般に、光回路は、その構造上、劈開した端面に光入出力部が設けられる。そのため、ウエハに集積された状態（以下、「ウエハレベル」とも称する。）の光回路は、光入出力部がウエハ内に隠れた状態であるので、光を入出力する検査を実施できなかった。このため、ウエハレベルでの検査が可能な半導体集積回路に比べて、光回路は、検査に多大な労力を要し、スループット悪化の一因となっていた。
【０００３】
この問題を解決するために、個片化前の光回路に対して検査を実行できる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
以下、図１０を参照して、特許文献１の技術（以下、「従来技術」とも称する。）について説明する。図１０（Ａ）は、従来技術における、ウエハレベルでの個片化前の光回路（以下、単に、「従来型回路」とも称する。）の概略的な構造を示す平面図である。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のＡ−Ａ断面に沿った端面図であり、基板の表面に非平行に検査光を入出力する光ファイバとともに示している。図１０（Ｃ）は、図１０（Ａ）の光回路を個片化した後の完成品のチップの構成を模式的に示す平面図である。
【０００５】
図１０（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、従来型回路２００の構成を説明する。従来型回路２００は、第１及び第２光結合部２１０及び２２０を備える。ここで、第１光結合部２１０は、従来型回路２００内の回路素子に接続される接続用光導波路１４４と、平面型回折格子である第１グレーティング１４３とを備える。また、第２光結合部２２０は、外部の光ファイバ１０９（図１０（Ｃ））に光を結合するためのテーパ形光導波路１４１と、第１グレーティング１４３と同様に構成された平面型回折格子である第２グレーティング１４２とを備える。
【０００６】
図１０（Ｂ）に示すように、第１光結合部２１０は、基板１２１の主面１２１ａ側に位置し、コア１０４が上及び下クラッド１０２及び１０５の間に設けられて光導波路を構成している。第２光結合部２２０も同様である。
【０００７】
続いて、主に、図１０（Ｂ）を参照して、個片化前の従来型回路２００を検査する方法について説明する。第１光結合部２１０は、第１グレーティング１４３を備えているので、光ファイバ１０８等を用いて、主面１２１ａに対して非平行な方向から光１５１を入出力することができる。つまり、従来型回路２００を個片化しなくとも、検査を行うことができる。すなわち、回路素子で種々の処理を受けた出力光１５１を、第１グレーティング１４３を介して光ファイバ１０８で受光して検査できる。同様に、光ファイバ１０８から第１グレーティング１４３を介して光を従来型回路２００に入力させて、回路素子で入力光に行われる処理の状態を検査できる。
【０００８】
このように、従来技術は、平面型回折格子を用いることで、ウエハレベルでの光チップの検査を可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−１０７３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、従来技術は、以下の２つの問題を有していた。
【００１１】
第１の問題は、上述の検査が製造工程の途中で行われることである。つまり、図１０（Ｃ）に示す完成品のチップ２３０を得るためには、上述の検査後に、従来型回路２００にさらに部材を追加する必要がある。より詳細には、従来型回路２００にミラー１１１を追加して作成し、外部との光入出力用の光ファイバ１０９と光学的な接続を確立する必要がある。その結果、従来技術では、検査終了後の工程で形成されるミラー１１１に由来する不良を検出することが困難である。
【００１２】
また、第２の問題は、従来型回路２００と光ファイバ１０９とを光結合するために、２個のグレーティング１４２及び１４３を用いることに由来する。図１０（Ｃ）中の矢印に示すように、光１５２は、従来型回路２００と光ファイバ１０９との間を、ミラー１１１を介して、２個のグレーティング１４２及び１４３を経由して伝搬する。
【００１３】
一般にグレーティング１４２及び１４３は、光を回折面の上下方向に回折するために、理論上、結合効率は５０％以下である。従来技術では、グレーティング１４２及び１４３を２個直列しているので、従来型回路２００と光ファイバ１０９との結合効率は２５％以下となる。つまり、グレーティング１４２及び１４３を経ることにより、３／４の光が無駄に放射されてしまい、光の利用効率が低かった。
【００１４】
発明者は、上記の２つの問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、凹部内に方向性結合器を配置し、凹部内のクラッドを入れ替えることで光の伝搬経路を変更することを着想した。詳細には、検査時には基板の主面に非平行に光を入出力することで、ウエハレベルでの検査を可能とし、個片化後は凹部内のクラッドを入れ替えて、チップ端面から光の入出力を行う、光素子の検査方法を着想した。
【００１５】
発明者はこの着想をさらに進め、凹部のクラッドを入れ替えることで、光素子の機能を変更する光素子を着想するに至った。
【００１６】
従って、この発明の目的は、凹部内のクラッドの変更により、コアを伝搬する光の状態を変化させる光素子とその使用方法、及び光集積回路とその検査方法を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の光素子は、コアと、コアの周囲を囲む第１クラッドと、コアを露出させるように第１クラッドが除去された凹部と、凹部に設けられる第２クラッドとを備える。
【００１８】
また、本発明の光素子の使用方法は、上述の光素子において、第２クラッドとして互いに屈折率の異なる複数の材料を用い、第２クラッドの材料を変えることで、コアを伝搬する光に、材料の屈折率に応じて異なる遅延を与える。
【００１９】
また、本発明の光集積回路は、ｎ波長（ｎは１以上の整数）の光が入出力される回路部と、上述の光素子である第１〜第ｎ光分岐部と、主光導波路と、第１〜第ｎ副光導波路とを共通の基板に有する。
【００２０】
そして、回路部は、回路素子である受動素子及び能動素子の双方又は何れか一方を１個以上備え、主光導波路に接続される。また、第１〜第ｎ光分岐部は、光伝搬方向に直列に配置される。主光導波路は、光伝搬方向に沿って延在して、第１〜第ｎ光分岐部の第１コアを備える。第１〜第ｎ副光導波路は、第１〜第ｎ分岐部の第２コアにそれぞれ接続される。
【００２１】
また、本発明の光集積回路の検査方法は、分岐部と、第１コアに接続された主光導波路と、第２コアに接続された副光導波路と、主光導波路に接続された回路部及び主入出力部と、副光導波路に接続された副光入出力部とを基板の主面側に備えた光集積回路に用いられる。
【００２２】
ここで、分岐部は、光結合可能な間隔を空けて互いに平行に配置されることで方向性結合器を構成する第１及び第２コア、第１及び第２コアの周囲を囲む第１クラッド、第１及び第２コアを露出させるように第１クラッドが除去された凹部、並びに、凹部に設けられる第２クラッドを備える。
【００２３】
そして、第２クラッドとして互いに屈折率の異なる第１及び第２材料を用い、検査時に、第２クラッドを第１材料から第２材料へと入れ替え、方向性結合器の移行率を変化させることで、光を副光入出力部と回路部とを結ぶ伝搬経路に変更する。
【００２４】
そして、検査終了後に、第２クラッドを第２材料から第１材料へと入れ替え、方向性結合器の移行率を再変化させることで、光を主入出力部と回路部とを結ぶ伝搬経路に変更する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、上述のように構成されている。これにより、凹部内の第２クラッドの変更により、コアを伝搬する光の状態を変化させる光素子とその使用方法、及び光集積回路とその検査方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（Ａ）は、第１光素子の構成を概略的に示す斜視図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ第２クラッドを変更した場合における（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った端面図である。
【図２】（Ａ）は、第２光素子の構成を概略的に示す斜視図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ第２クラッドを変更した場合における、（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った端面図であり、（Ｄ）は、第２光素子の平面図である。
【図３】（Ａ）は、第１光集積回路の構成を模式的に示す模式図であり、（Ｂ）は、（Ａ）において１個の光分岐部を拡大して示す斜視図である。
【図４】（Ａ）は、ウエハに集積された状態の第２光集積回路を模式的に示す模式図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の１個の第２光集積回路の構成を模式的に示す模式図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は、光集積回路の検査方法について説明するための模式図である。
【図６】（Ａ）は、第３光集積回路の構成を模式的に示す模式図であり、（Ｂ）は、第４光集積回路の構成を模式的に示す模式図であり、（Ｃ）は、第５光集積回路の構成を模式的に示す模式図である。
【図７】第６光集積回路の構成を模式的に示す模式図である。
【図８】第３光素子の構成を模式的に示す斜視図である。
【図９】（Ａ）は、第７光集積回路の構成を概略的に示す平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った端面図である。
【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）は、従来技術を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。なお、各図では、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係を、この発明が理解できる程度に概略的に示している。また、以下、この発明の好適な構成例について説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。また、各図において、共通する構成要素には同符号を付し、重複する説明を省略することもある。また、他の図面との対応関係が明らかな構成要素の符号を省略することもある。
【００２８】
（発明の概要）
まず、図１を参照して、この発明の概要について説明する。
【００２９】
図１（Ａ）は、この発明の最も基本的な第１光素子の構成を概略的に示す斜視図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った端面図であり、凹部に第２クラッドが設けられた状態を示している。図１（Ｃ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った端面図であり、凹部に図１（Ｂ）とは異なる第２クラッドが設けられた状態を示している。
【００３０】
第１光素子１０の説明に先立ち、図１（Ａ）を参照して、以下の説明で用いる方向及び寸法を定義する。入力光ＩＮの光伝搬方向（図中、矢印Ｐで示す。）に垂直かつコア１２の下面１２ａに平行な方向を幅方向と称し、幅方向に沿って測った幾何学的長さを「幅」と称する。また、下面１２ａに垂直な方向を高さ又は厚み方向と称し、高さ又は厚み方向に沿って測った幾何学的長さを「高さ」又は「厚さ」と称する。同様に、光伝搬方向に沿って測った幾何学的長さを「長さ」と称する。また、所定の構造体の光伝搬方向に垂直な断面のことを「横断面」と称する。
【００３１】
図１（Ａ）を参照すると第１光素子１０は、コア１２と、このコア１２の周囲を囲む第１クラッド１４１と、コア１２を露出させるように、第１クラッド１４１が除去された凹部１８と、凹部１８内に設けられる第２クラッド１４２とを備えている。第１光素子１０では、第１及び第２クラッド１４１及び１４２を備えるクラッド１４と、コア１２とで光導波路１６が構成されている。
【００３２】
コア１２は、この例では横断面が正方形の長尺な四角柱状であり、光伝搬方向Ｐに平行に延在している。コア１２を構成する材料は、第１及び第２クラッド１４１及び１４２よりも屈折率が高い材料であれば、特に限定は無いが、この例では、Ｓｉを用いている。横断面が正方形状のコア１２の高さＨ及び幅Ｗは、ともに約０．３μｍとする。コア１２の高さＨ及び幅Ｗを０．５μｍ以下に抑えることにより、コア１２をシングルモードとすることができる。
【００３３】
第１クラッド１４１は、凹部１８以外の領域において、コア１２の周囲を覆っている。この例では、第１クラッド１４１の材料はＳｉＯ２である。コア１２にＳｉを用い、第１クラッド１４１にＳｉＯ２を用いることで、第１光素子１０の作成に当たり、市販のＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を利用できる。
【００３４】
第２クラッド１４２は、凹部に設けられ、コア１２の両側面及び上面を被覆する。第２クラッド１４２は、コア１２の上面及び両側面から垂直に測って１μｍ以上の厚みを有することが好ましい。第２クラッド１４２の厚みをこの範囲とすることにより、コア１２を伝搬する伝搬光の放射が実用上十分に抑制される。
【００３５】
凹部１８は、第１クラッド１４１に形成された直四角錘台型の窪みであり、第１クラッド１４１の表面１４１Ｓから、コア１２の下面１２ａに至る深さを有している。より詳細には、凹部１８は、表面１４１Ｓに設けられた矩形状の開口の面積の方が、凹部１８の矩形状の底面１８ａよりも大きい。つまり、凹部１８は、表面１４１Ｓから深さとともに、開口のサイズが徐々に減少する形状（以下、「テーパ形状」とも称する。）である。凹部１８をテーパ形状とすることにより、後述のように第２クラッド１４２を液体とした際に、この液体の凹部１８内への出入りが容易になる。
【００３６】
凹部１８は、コア１２と凹部１８の互いに対向する側面の間隔を１μｍ以上とすることが好ましい。凹部１８のサイズをこの範囲に設定することにより、凹部１８に満たされた第２クラッド１４２は、実用上十分に光導波路１６のクラッドとして機能する。
【００３７】
凹部１８内に設けられる第２クラッド１４２は、図１（Ａ）に示す例では、空気である。第２クラッド１４２には、コア１２よりも屈折率が小さいものの中から、コア１２を伝搬する伝搬光に所望の遅延を付与できる種々の材料を選択できる。例えば、第２クラッド１４２としては、ポリイミド等の硬化性の樹脂材料からなる固体や、水、アルコール及び種々の有機溶剤等の液体や、空気、窒素、Ａｒ等の気体を、目的に応じて選択することができる。
【００３８】
特に、第２クラッド１４２としては、凹部１８への出入りが容易な液体が好適である。例えば、液体として、純水や純アルコール等の純溶媒を用いれば、加熱等により蒸発させるだけで、凹部１８から液体を除去して、第２クラッド１４２を空気に戻すことができる。また、この際、凹部１８がテーパ形状とすれば、凹部１８内部の液体を容易に蒸発させることができる。
【００３９】
また、第２クラッド１４２がクラッドとして所望の機能を発揮するためには、少なくとも凹部１８内に浸入してコア１２を覆う必要がある。特に第２クラッド１４２を液体とする場合、凹部１８のサイズ、及び液体の屈折率を勘案した上で、凹部１８内に浸入可能な表面張力を持つ液体を選択することが好ましい。屈折率の関係で、第２クラッド１４２として、表面張力が大きい液体を選択せざるを得ない場合には、凹部１８をその液体の表面張力に合わせて大型化しても良い。
【００４０】
例えば、水の表面張力は７２．７５、アセトンは２３．３０、ベンゼンは２８．９０、エタノールは２２．５５、ｎ−ヘキサンは１８．４０、メタノールは２２．６０、及びｎ−ペンタンは１６．００であり、これらの液体を第２クラッド１４２として、設計に応じて選択して用いても良い。なお、上述の表面張力は、何れも温度が２０℃の場合であり、単位は「ｍＮ／ｍ」である。
【００４１】
続いて、図１（Ｂ）及び（Ｃ）を参照して、第２クラッド１４２の変更により、コア１２を伝搬する伝搬光の遅延が変化することについて説明する。
【００４２】
図１（Ｂ）は、第２クラッド１４２として、屈折率がｎａの材料ａを凹部１８に満たした第１光素子１０（ａ）を示している。図１（Ｃ）は、第２クラッド１４２として、屈折率がｎｂの材料ｂを凹部１８に満たした第１光素子１０（ｂ）を示している。屈折率の大小関係は、ｎａ＞ｎｂとする。
【００４３】
ここで、第１光素子１０（ａ）及び１０（ｂ）で、コア１２を伝搬する伝搬光に関する等価屈折率をそれぞれＮａ及びＮｂとする。その他の条件が同じ場合、上述の屈折率の大小関係を反映して、これらの等価屈折率の間にもＮａ＞Ｎｂとの大小関係が成り立つ。
【００４４】
ところで、従来周知のように、等価屈折率Ｎと、伝搬光の位相速度ｖと、真空中での光速ｃとの間には、ｖ＝ｃ／Ｎとの関係が成り立つ。このことから、第２クラッド１４２として屈折率が異なる材料を用いると、コア１２を伝搬する伝搬光の位相速度に変化が生じる、つまり、遅延が生じることになる。
【００４５】
このように、第１光素子１０において、凹部１８に設ける第２クラッド１４２の材料を変更することにより、コア１２を伝搬する伝搬光に所望の遅延を与えることができる。
【００４６】
この例では、第２クラッド１４２の材料を変更することで、コア１２を伝搬する伝搬光の等価屈折率を変更し、伝搬光に所望の遅延を与えていた。しかし、伝搬光の等価屈折率は、コア１２の周囲の第２クラッド１４２を加熱することで変更しても良い。
【００４７】
また、この例では、コア１２がＳｉであり、第１クラッド１４１がＳｉＯ２の場合について説明したが、コア１２及び第１クラッド１４１には、周知の化合物半導体を用いても良い。
【００４８】
また、コア１２をＳｉとする場合、第１クラッド１４１の材料には、ＳｉＯ２の他に、ＳｉＮ及びＳｉＯＮを用いても良い。また、第１クラッド１４１は、コア１２の下面１２ａの上下で材料が異なる積層構造でもよい。例えば、下側の第１クラッド１４１としてＳｉＮを用い、上側の第１クラッド１４１としてＳｉＯ２を用いても良い。
【００４９】
（第１実施形態）
続いて、図２〜９を参照して、第１光素子を利用した実施形態の光素子とその使用方法、及び光集積回路とその検査方法について説明する。
【００５０】
＜第２光素子＞
図２を参照して、第１光素子１０の応用例である第２光素子２０について説明する。
【００５１】
図２（Ａ）は、第２光素子の構成を概略的に示す斜視図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った端面図であり、凹部に第２クラッドが設けられた状態を示している。図２（Ｃ）は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った端面図であり、凹部に図２（Ｂ）とは異なる第２クラッドが設けられた状態を示している。図２（Ｄ）は、第２光素子の平面図である。
【００５２】
図２（Ａ）と図１（Ａ）とを比較すると、第２光素子２０は、凹部１８の底面１８ａに２本のコア１２１及び１２２を備える以外は、第１光素子１０と同様に構成されている。そこで、主にこの相違点について説明する。
【００５３】
図２（Ａ）を参照すると、第２光素子２０はコア１２が第１及び第２コア１２１及び１２２で構成されている。第１及び第２コア１２１及び１２２は、凹部１８の底面１８ａに光結合可能な間隔Ｄを空けて互いに平行に配置されている。第１及び第２コア１２１及び１２２の幅Ｗ及び高さＨは、ともに約０．３μｍであり、間隔Ｄは約０．２μｍである。このように、それぞれを伝搬する伝搬光が光結合可能な間隔Ｄに配置された第１及び第２コア１２１及び１２２は、方向性結合器ＤＣを構成する。また、第２光素子２０では、第１及び第２クラッド１４１及び１４２を備えるクラッド１４と、第１及び第２コア１２１及び１２２を備えるコア１２とで光導波路１６が構成されている。
【００５４】
次に、主に図２（Ｄ）を参照して、第２クラッド１４２の材料を変更することで、第２光素子２０が伝搬光の経路を変える光スイッチ及び光分配器として機能することについて説明する。
【００５５】
一般に方向性結合器ＤＣでは、伝搬光は、第１及び第２コア１２１及び１２２の間で相互作用しながら伝搬し、相互作用の態様により、伝搬光が第１及び第２コア１２１及び１２２に分配されて出力される。ここで、第１コア１２１に入力された入力光ＩＮの第２コア１２２への移行率をｘ（ｘは、０≦ｘ≦１の実数）とする。ここで、移行率ｘとは、入力光ＩＮに対する第２コア１２２からの出力光ＯＵＴ２の光強度比に対応する。もう一方の第１コア１２１からは、光のロスが無い場合、強度比が（１−ｘ）の出力光ＯＵＴ１が出力される。
【００５６】
このとき、移行率ｘは、周知の「ｘ＝ｓｉｎ２（κ×Ｌ）」との式で与えられる。ここで、κは結合定数であり、伝搬光の波長や、光導波路の等価屈折率等で定まる値である。Ｌは方向性結合器ＤＣの幾何学的長さである。
【００５７】
この式から分かるように、第２クラッド１４２の屈折率を変化させれば、コアを伝搬する伝搬光の等価屈折率が変わることで、結合定数κの値が変わり、移行率ｘを変化させることができる。
【００５８】
よって、第２クラッド１４２に、移行率ｘを１とするような屈折率の材料（以下、第１材料とも称する。）と、移行率ｘを０とするような屈折率の材料（以下、第２材料とも称する。）を用いることで、第２光素子２０は伝搬経路を変更する光スイッチとして機能する。
【００５９】
すなわち、凹部１８に第２材料を満たした場合、移行率ｘが０なので、第１コア１２１に入力された入力光ＩＮは、伝搬経路を変更することなく、第１コア１２１から出力光ＯＵＴ１として出力される。一方、第１材料で凹部１８を満たした場合、移行率ｘが１なので、入力光ＩＮの全パワーは第２コア１２２へと移行し、入力光ＩＮは伝搬経路を変えて出力光ＯＵＴ２として出力される。
【００６０】
なお、以上の説明では移行率ｘが１又は０の場合について説明したが、第２クラッド１４２として適当な材料を選択することにより、移行率ｘを任意に設定でき、第２光素子２０を光分配器とすることができる。例えば、第２クラッド１４２を、移行率を０．５とするような屈折率の材料とすることで、第２光素子２０を、入力光ＩＮを、第１及び第２コア１２１及び１２２に等分して出力する３ｄＢカプラとして、機能させることができる。
【００６１】
このように、第２光素子２０は、第２クラッド１４２として適切な材料を用いることで、移行率ｘを任意の値に設定でき、光の伝搬経路を変更する光スイッチや、両コア１２１及び１２２に任意の割合で光を分配する光分配器として用いることができる。
【００６２】
＜第１光集積回路＞
次に、図３（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、第２光素子を利用した第１光集積回路について説明する。図３（Ａ）は、第１光集積回路の構成を模式的に示す模式図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）において１個の光分岐部（破線で囲んだ部分）を拡大して示す斜視図である。なお、図３（Ａ）においては、コアを単なる実線で、回路部及び光分岐部を単なる矩形で、副光入出力部を単なる三角形で示し、第２光素子２０の構成要素の符号を一部省略する。
【００６３】
図３（Ａ）を参照すると、第１光集積回路３０は、共通の基板３２に集積された、回路部３４と、上述の第２光素子２０である第１〜第ｎ光分岐部２０１〜２０ｎ（ｎは１以上の整数）と、主光導波路３８と、第１〜第ｎ副光導波路４２１〜４２ｎとを備える。さらに、第１光集積回路３０は、主光導波路３８に接続された主光入出力部４４と、第１〜第ｎ副光導波路４２１〜４２ｎのそれぞれに接続された第１〜第ｎ副光入出力部４６１〜４６ｎとを備える。第１光集積回路３０には、互いに異なる第１〜第ｎ波長の第１〜第ｎ伝搬光Ｌｔ１〜Ｌｔｎが入出力される。図３（Ａ）の例では、ｎ＝４である。
【００６４】
基板３２は、この例では、平行平板であり、主面３２ａ上には、第１〜第４光分岐部２０１〜２０４に共通の第１クラッド１４１が形成されている。また、第１光集積回路３０を構成する上述の要素の全ては、主面３２ａ側に配置されている。基板３２は、この例では、単結晶Ｓｉとする。
【００６５】
回路部３４は、主光導波路３８に接続されており、回路素子である受動素子及び能動素子の双方又は何れか一方を１個以上備えている。回路部３４は、第１〜第４伝搬光Ｌｔ１〜Ｌｔ４に種々の処理を行う。
【００６６】
ここで、能動素子とは、例えば、半導体レーザ、光増幅器、及び発光素子等の第１〜第４伝搬光Ｌｔ１〜Ｌｔ４のエネルギーを増幅させる素子である。また、受動素子とは、例えば、レンズ、ミラー、プリズム、ビームスプリッタ、回折格子、光波長フィルタ、ＮＤフィルタ、偏光子、光スイッチ、光分岐器、光分波器、及び光ファイバコネクタ等の、第１〜第４伝搬光Ｌｔ１〜Ｌｔ４のエネルギーを増幅しない素子である。
【００６７】
第１〜第４光分岐部２０１〜２０４は、光伝搬方向Ｐに沿って直列している。そして、第２クラッド１４２の材料を変更することにより、第１〜第４伝搬光Ｌｔ１〜Ｌｔ４の伝搬経路を、主光導波路３８と、第１〜第４副光導波路４２１〜４２４とでそれぞれ切り替える。
【００６８】
第１〜第４光分岐部２０１〜２０４はそれぞれの方向性結合器ＤＣの長さＬ（図２（Ｄ）参照）が、第１〜第４波長ごとに異なっている点を除き、等しく構成されている。従って、代表して、第１光分岐部２０１を例に挙げて説明する。
【００６９】
図３（Ｂ）を参照すると、第１光分岐部２０１の第１コア１２１は主光導波路３８に接続され、第２コア１２２は第１副光導波路４２１に接続されている。第１光分岐部２０１は、第１波長の伝搬光Ｌｔ１に最適化されている。すなわち、凹部１８に設ける第２クラッド１４２の種類を適当に変更することにより、第１伝搬光Ｌｔ１の移行率ｘを、主光導波路３８と第１副光導波路４２１とで自在に変更できる。
【００７０】
主光導波路３８は、第１〜第４光分岐部２０１〜２０４の第１コア１２１を備えている。より詳細には、主光導波路３８は、凹部１８外の第１コア１２１及び第１クラッド１４１を備える光導波路部分と、凹部１８内の第１コア１２１並びに第１及び第２クラッド１４１及び１４２を備える光導波路部分とで構成される。主光導波路３８は、回路部３４と主光入出力部４４との間を接続している。
【００７１】
主入出力部４４は、基板３２の主面３２ａに垂直な端面３２ｂに設けられ、主面３２ａに平行に第１〜第４伝搬光Ｌｔ１〜Ｌｔ４を入出力する。より詳細には、主入出力部４４は、主光導波路３８の端面３２ｂに露出した部分として構成されている。
【００７２】
第１〜第４副光導波路４２１〜４２４は、凹部１８外の第２コア１２２及び第１クラッド１４１とで構成され、それぞれ、第１〜第４分岐部２０１〜２０４の第２コア１２２にそれぞれ接続されている。第１〜第４副光導波路４２１〜４２４は、第１〜第４光分岐部２０１〜２０４と第１〜第４副光入出力部４６１〜４６４との間をそれぞれ接続している。
【００７３】
第１〜第４副光入出力部４６１〜４６４は、基板３２の主面３２ａ側に設けられ、第１〜第４副光導波路４２１〜４２４のそれぞれに接続されて、主面３２ａに対して非平行に第１〜第４伝搬光Ｌｔ１〜Ｌｔ４をそれぞれ入出力する。より詳細には、第１〜第４副光入出力部４６１〜４６４は、主面３２ａに平行に形成された平面型グレーティングとして構成されている。よって、格子面との角度等を適切に配置した光ファイバ等を用いることで、主面３２ａの上方から、斜めに第１〜第４副光入出力部４６１〜４６４に光を入出力することができる。
【００７４】
次に、第１光集積回路３０の動作を簡単に説明する。第１光集積回路３０では、第１〜第４光分岐部２０１〜２０４の第２クラッド１４２の材料を変更することで、第１〜第４伝搬光Ｌｔ１〜Ｌｔ４を、第１〜第４副光導波路４２１〜４２４と主光導波路３８とに分配できる。例えば、第１分岐部２０１の第２クラッド１４２に、第１材料（移行率ｘ＝１）を用いた場合、第１伝搬光Ｌｔ１は、主入出力部４４ではなく、第１副光入出力部４６１を介して系外と入出力される。この際、第１波長に最適化された第１分岐部２０１の方向性結合器ＤＣは、波長が異なる第２〜第４伝搬光Ｌｔ２〜Ｌｔ４に殆ど影響を与えることなく、第１コア１２１を伝搬させる。
【００７５】
また、例えば、第２分岐部２０２の第２クラッド１４２に、第２材料（移行率ｘ＝０）を用いた場合、第２伝搬光Ｌｔ２は、第２副光入出力部４６２ではなく、主入出力部４４を介して系外と入出力される。
【００７６】
また、例えば、第３分岐部２０３の第２クラッド１４２に、移行率ｘが０．５となる材料を用いた場合、第３伝搬光Ｌｔ３は、第３副光入出力部４６３と主入出力部４４とに等分配されて入出力される。
【００７７】
なお、この例では、ｎ＝４の場合について説明したが、ｎは４に限定されず、１以上の任意の数を設計に応じて選択できる。特に、第１光集積回路３０の検査を行う場合には、ｎを、回路部３４に入出力される光の波長数と等しくすることが好ましい。このようにすることにより、第１光集積回路３０に入出力されるｎ波長の全てについて、検査を実施できる。
【００７８】
＜第２光集積回路＞
次に、図４及び図５を参照して、第２光素子を利用した第２光集積回路、及び光集積回路の検査方法について説明する。図４（Ａ）は、ウエハに集積された状態の第２光集積回路を模式的に示す模式図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の１個の第２光集積回路の構成を模式的に示す模式図である。図５（Ａ）及び（Ｂ）は、光集積回路の検査方法を説明するための模式図である。なお、図４及び図５においては、コアを単なる実線で、回路部及び光分岐部を単なる矩形で、副光入出力部を単なる三角形で示し、第２光素子２０の構成要素の符号を一部省略する。
【００７９】
図４（Ａ）を参照すると、第２光集積回路５０は、半導体製造技術を利用してＳｉウエハ５２に集積されている。Ｓｉウエハ５２の主面５２ａ側に設けられた多数個の第２光集積回路５０を、ダイシングソー５８等により個片化して光集積回路チップを得る。
【００８０】
図４（Ｂ）に示すように、第２光集積回路５０は、回路部５４の構成を除き、ｎ＝２の第１光集積回路３０と同様に構成されている。すなわち、第２光集積回路５０は、回路部５４と、第１及び第２光分岐部２０１及び２０２と、主光導波路３８と、第１及び第２副光導波路４２１及び４２２とを備える。さらに、第２光集積回路５０は、主光入出力部４４と、第１及び第２副光入出力部４６１及び４６２とを備える。そして、回路部５４は、第１波長（λ１）の第１伝搬光Ｌｔ１が入力され、第２波長（λ２≠λ１）の第２伝搬光Ｌｔ２を出力する。以下、相違点である回路部５４について主に説明する。
【００８１】
回路部５４は、受光素子ＰＤと、発光素子ＬＤと、光合分波素子５４ａとを回路素子として備える。
【００８２】
受光素子ＰＤは、第２光集積回路５０に入力された第１伝搬光Ｌｔ１を受光する、例えば公知のフォトダイオードである。受光素子ＰＤには、第１伝搬光Ｌｔ１を伝搬させるための回路内光導波路５４ｂが接続されている。
【００８３】
発光素子ＬＤは、第２伝搬光Ｌｔ２を出力する、例えば公知のレーザダイオードである。発光素子ＬＤには、第２伝搬光Ｌｔ２を伝搬させるための回路内光導波路５４ｃが接続されている。
【００８４】
光合分波素子５４ａは、主光導波路３８と回路内光導波路５４ｂ及び５４ｃとの間に配置される。光合分波素子５４ａは、公知の回折格子等を用いた回路素子であり、主光導波路３８と、回路内光導波路５４ｂ及び５４ｃとで、第１及び第２伝搬光Ｌｔ１及びＬｔ２を合分波する。すなわち、主光導波路３８からの第１伝搬光Ｌｔ１を、受光素子ＰＤに至る回路内光導波路５４ｂに結合する。また、光合分波素子５４ａは、発光素子ＬＤから出力され回路内光導波路５４ｃを伝搬する第２伝搬光Ｌｔ２を、主光導波路３８に結合する。
【００８５】
第２光集積回路５０は、局と複数の加入者との間で光通信を行う、光加入者系通信システム、例えばＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）の加入者側終端装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｕｎｉｔ）や、局側終端装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ）として、好適に用いられる。すなわち、局から加入者への下り通信に第１伝搬光Ｌｔ１を用い、加入者から局への上り通信に第２伝搬光Ｌｔ２を用いる。下り方向の第１伝搬光Ｌｔ１の第１波長λ１は、この例では、約１．４９μｍであり、上り方向の第２伝搬光Ｌｔ２の第２波長λ２は、この例では、約１．３１μｍである。
【００８６】
次に、第２光集積回路５０の寸法及び材料について具体的に説明する。第１及び第２コア１２１及び１２２の材料はＳｉである。また、第１クラッド１４１の材料はＳｉＯ２である。第１コア１２１の横断面寸法は場所によらず等しく、高さ約０．３μｍ及び幅約０．３μｍである。第２コア１２２の横断面寸法も、場所によらず等しく、第１コア１２１と同様である。また、第１及び第２光分岐部２０１及び２０２の方向性結合器ＤＣを構成する第１及び第２コア１２１及び１２２の互いに対向する側面間の距離Ｄ（図２（Ｄ））は、約０．２μｍで共通である。
【００８７】
第１及び第２光分岐部２０１及び２０２の凹部１８に設ける第２クラッド１４２には屈折率が異なる２種の材料を共通に用いる。具体的には、第２光集積回路５０の検査時には、第１及び第２光分岐部２０１及び２０２の両者の第２クラッド１４２を第１材料である純水とする。そして、検査終了後には、第２クラッド１４２を第２材料である空気とする。
【００８８】
第１光分岐部２０１を構成する方向性結合器ＤＣの長さＬは、第２クラッド１４２が「純水」の場合に第１伝搬光Ｌｔ１の移行率ｘが１となり、「空気」の場合に移行率ｘが０（ゼロ）となるような長さとする。具体的には、第１光分岐部２０１の方向性結合器ＤＣの長さＬを約７２０μｍとする。
【００８９】
第２光分岐部２０２の方向性結合器ＤＣの長さＬも第１光分岐部２０１と同様に定める。すなわち、第２クラッド１４２が「純水」の場合に第２伝搬光Ｌｔ２の移行率ｘが１となり、「空気」の場合に移行率ｘが０（ゼロ）となるように、方向性結合器ＤＣの長さを約８７９μｍとする。
【００９０】
続いて、図５を参照して、第２光集積回路５０を例に挙げ、光集積回路の検査方法について説明する。図５（Ａ）は、検査前及び検査後の第２光集積回路５０における光の入出力状態（以下、通常状態とも称する。）を示す模式図であり、図５（Ｂ）は、検査時における第２光集積回路５０での光の入出力状態（以下、検査状態とも称する。）を示す模式図である。なお、図５（Ａ）及び（Ｂ）は、個片化前の第２光集積回路５０を示す。また、図５（Ａ）及び（Ｂ）においては、回路部５４を単なる矩形で示している。
【００９１】
図５（Ａ）に示すように、製造工程が終了して個片化される前の第２集積回路５０の凹部１８には、通常の場合、第２クラッド１４２として第２材料ａである空気が満たされている（図中１４２（ａ）で示す。）。この通常状態では、第１及び第２光分岐部２０１及び２０２の方向性結合器ＤＣの移行率ｘは０（ゼロ）である。従って、第１及び第２伝搬光Ｌｔ１及びＬｔ２は、第２コア１２２に移行することなく第１コア１２１を伝搬し、主光入出力部４４から入出力される。ところで、通常状態では、この主光入出力部４４は、言わば、ウエハ内部に隠れた状態であるので、上述のように第１及び第２伝搬光Ｌｔ１及びＬｔ２を用いた検査を行うことができない。
【００９２】
ここで、図５（Ｂ）に示すように、第２クラッド１４２を第２材料ａから第１材料ｂである純水へと入れ替えると（図中１４２（ｂ）で示す。）、第１及び第２光分岐部２０１及び２０２の方向性結合器ＤＣの移行率ｘが０（ゼロ）から１へと変化する。その結果、第１及び第２光分岐部２０１及び２０２のそれぞれにおいて、第１及び第２伝搬光Ｌｔ１及びＬｔ２の伝播経路が第１コア１２１から第２コア１２２へと変化する。これにより、第１伝搬光Ｌｔ１を第１副光入出力部４６１から回路部５４へと入力することが可能となる。
【００９３】
より詳細には、主面５２ａに対して非平行に配置された光ファイバ５６ａから、第１副光入出力部４６１を介して第２コア１２２へと第１伝搬光Ｌｔ１を結合する。すると、第２コア１２２へと結合された第１伝搬光Ｌｔ１は第１光分岐部２０１において、第１コア１２１へと完全にパワーが移行し、主光導波路３８を伝搬して回路部５４へと入力される。つまり、第２光集積回路５０では、個片化しなくとも、回路部５４の受光素子ＰＤや、受光素子ＰＤまでの光の伝搬経路の検査を行うことができる。
【００９４】
第２伝搬光Ｌｔ２に関しても同様であり、発光素子ＬＤから出力された第２伝搬光Ｌｔ２は、第２光分岐部２０２において第１コア１２１から第２コア１２２へと完全にパワーが移行する。その結果、第２伝搬光Ｌｔ２を、第２副光入出力部４６２を介して、主面５２ａに対して非平行に配置された光ファイバ５６ｂへと結合することができる。光ファイバ５６ｂに結合された第２伝搬光Ｌｔ２を不図示の検査装置で検査することにより、発光素子ＬＤ及び発光素子ＬＤまでの光の伝搬経路の検査を行うことができる。
【００９５】
そして、検査が終了したならば、第２クラッド１４２である純水を加熱等により蒸発させれば、第２光集積回路５０は再び図５（Ａ）に示す通常状態に復帰する。つまり、第１及び第２伝搬光Ｌｔ１及びＬｔ２の伝搬経路が主光入出力部４４と回路部５４とを結ぶ経路に再変更される。
【００９６】
続いて、第２光集積回路５０の製造方法について簡単に説明する。第２光集積回路５０は、Ｓｉ基板上にＳｉＯ２層とＳｉ層とがこの順序で積層されたＳＯＩ基板を利用して作成できる。すなわち、最上層のＳｉ層を利用して第１及び第２コア１２１及び１２２を形成し、ＢＯＸ（Ｂｕｒｉｅｄ−ＯＸｉｄｅ）層であるＳｉＯ２層を第１クラッド１４１の下側層として利用する。より詳細には、最上層のＳｉ層を従来公知のドライエッチング法等でパターニングして第１及び第２コア１２１及び１２２を作成する。そして、第１及び第２コア１２１及び１２２を埋め込むように、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等で、第１クラッド１４１の上側層に対応するＳｉＯ２層を形成する。
【００９７】
次に、第１及び第２分岐部２０１及び２０２を形成する。詳細には、凹部１８に対応する領域の第１クラッド１４１を、第１及び第２コア１２１及び１２２の両側面及び上面が露出するまで除去する。そして、発光素子ＬＤ及び受光素子ＰＤを位置決めして配置することで、ウエハレベルでの第２光集積回路５０が完成する。後は、上述のような検査を行った後に個片化することで、チップとなった第２光集積回路５０が得られる。
【００９８】
このように、第２光集積回路５０では、検査終了後にミラー１１１が追加される従来のチップ２３０（図１０（Ｃ））とは異なり、検査後の追加部材に由来する不具合が生じない。
【００９９】
また、光伝搬経路中に２個のグレーティング１４２及び１４３が存在する従来のチップ２３０とは異なり、第２光集積回路５０は、回路部５４と主光入出力部４４との間に、グレーティングを用いていない。その結果、第２光集積回路５０は、従来のチップ２３０よりも第１及び第２伝搬光Ｌｔ１及びＬｔ２の損失を格段に低減できる。
【０１００】
詳細には、上述の条件で製造された第２光集積回路５０では、通常状態において、第１及び第２光分岐部２０１及び２０２による上り方向の第２伝搬光Ｌｔ１の合計損失は最大でも１．３ｄＢに抑えられる。同様に、下り方向の第２伝搬光Ｌｔ２の合計損失は最大でも０．３ｄＢに抑えられる。
【０１０１】
また、第２光集積回路５０は、第２クラッド１４２として、容易に入れ替え可能な純水と空気とを用いているので、通常状態と検査状態との間を可逆的に移行可能である。つまり、第２クラッド１４２を入れ替えるだけで、検査後の不具合の修正や、不具合修正後の再検査を容易に行うことができる。
【０１０２】
この例では、第２クラッド１４２として純水と空気とを用いる場合について説明した。しかし、第２クラッド１４２としては、例えば、硬化性の樹脂材料と、空気との組み合わせを用いても良い。樹脂材料と空気とを第２クラッド１４２として用いることにより、例えば、検査状態で第２クラッド１４２に空気を用い、通常状態で樹脂材料を用いることができる。これにより、完成品の第２光集積回路５０では、凹部１８に充填した樹脂材料で第１及び第２コア１２１及び１２２を保護することができる。
【０１０３】
この例では、第２クラッド１４２の第１及び第２材料として純水及び空気を用いる場合について説明した。しかし、第１及び第２材料は、純水及び空気には限定されず、第２光集積回路５０の設計に応じて任意好適な材料を用いることができる。
【０１０４】
＜第３〜第５光集積回路＞
次に、図６を参照して、第２光素子を利用した第３〜第５光集積回路について説明する。図６（Ａ）は、第３光集積回路の構成を模式的に示す模式図である。図６（Ｂ）は、第４光集積回路の構成を模式的に示す模式図である。図６（Ｃ）は、第５光集積回路の構成を模式的に示す模式図である。なお、図６においては、コアを単なる実線で、回路部及び光分岐部を単なる矩形で示す。また、基板及び第２光素子２０の構成要素の符号を省略する。
【０１０５】
図６（Ａ）を参照すると、第３光集積回路６０は、回路部６２と、第１及び第２光分岐部６４１及び６４２と、主光導波路６６と、副光導波路６８とを共通の基板に備える。
【０１０６】
回路部６２は、第１光集積回路３０の回路部３４（図３）と同様に構成されており、副光導波路６８に設けられる。
【０１０７】
第１及び第２光分岐部６４１及び６４２には、第３光集積回路６０に入出力される伝搬光Ｌｔの波長に最適化された第２光素子２０（図２）がそれぞれ用いられる。
【０１０８】
主光導波路６６は、互いに接続された第１光分岐部６４１の第１コア１２１、及び第２光分岐部６４２の第１コア１２１を備える。より詳細には、主光導波路６６は、凹部１８外の第１コア１２１及び第１クラッド１４１を備える光導波路部分と、凹部１８内の第１コア１２１並びに第１及び第２クラッド１４１及び１４２を備える光導波路部分とで構成される。
【０１０９】
副光導波路６８は、凹部１８外の第２コア１２２及び第１クラッド１４１を備える光導波路部分と、凹部１８内の第２コア１２２並びに第１及び第２クラッド１４１及び１４２を備える光導波路部分とで構成される。そして、副光導波路６８には、回路部６２が設けられる。
【０１１０】
第３光集積回路６０は、第１及び第２光分岐部６４１及び６４２に用いる第２クラッド１４２が第２材料（移行率ｘ＝０）の場合には、伝搬光Ｌｔの伝搬経路を主光導波路６６とする。一方、第２クラッド１４２が第１材料（移行率ｘ＝１）の場合には、伝搬経路を副光導波路６８として、伝搬光Ｌｔを回路部６２に入力する。
【０１１１】
図６（Ｂ）は、第３光集積回路６０の一態様である第４光集積回路６０ａを模式的に示す模式図である。第４光集積回路６０ａは、第３光集積回路３０の回路部６２が可変減衰器ＶＯＡであり、主光導波路６６の一端に受光素子ＰＤが接続された態様である。第４光集積回路６０ａは、第２クラッド１４２の材料を適当に設定することで、伝搬光Ｌｔの強度を副光導波路６８に設けた可変減衰器ＶＯＡで調整した上で受光素子ＰＤに入力することができる。
【０１１２】
図６（Ｃ）は、第３光集積回路６０の別の態様である第５光集積回路６０ｂを模式的に示す模式図である。第５光集積回路６０ｂは、第３光集積回路３０の回路部６２が変調器ＭＯＤであり、主光導波路６６の一端に発光素子ＬＤが接続された態様である。第５光集積回路６０ｂは、第２クラッド１４２の材料を適当に設定することで、発光素子ＬＤからの出力光を、副光導波路６８に設けた変調器ＭＯＤで変調した上で、伝搬光Ｌｔとして系外に出力させることができる。
【０１１３】
＜第６光集積回路＞
次に、図７を参照して、第３〜第５光集積回路を利用した第６光集積回路について説明する。図７は、第６光集積回路の構成を模式的に示す模式図である。なお、図７においては、コアを単なる実線で、回路部、光分岐部及び他の回路素子を単なる矩形で示す。また、基板、第２光素子２０、及び第３〜第５光集積回路６０，６０ａ及び６０ｂの構成要素の符号を省略する。
【０１１４】
図７を参照すると、第６光集積回路７０は、受信部７２と、第１送信部７４と、第２送信部７６と、第３光分岐部８６と、入出力用波長合分波器８４とを共通の基板に備えている。第６光集積回路７０は、波長分割多重された加入者系通信システムのＯＮＵ又はＯＬＴに好適に用いられる。以下、第６光集積回路７０がＯＮＵの場合を例に挙げて説明する。
【０１１５】
入出力用波長合分波器８４は、ＯＬＴ（不図示）との間を結ぶ光ファイバ８８に接続されている。入出力用波長合分波器８４は、波長分割多重された第１光信号ＬＴ１をＯＬＴから受信して波長分離した上で、受信部７２へと出力する。また、第１及び第２送信部７４及び７６の何れかが出力した、波長分割多重された第２又は第３光信号ＬＴ２又はＬＴ３を合波してＯＬＴに向けて送信する。
【０１１６】
受信部７２は、波長分波器７８と、ｉ個（ｉは２以上の整数）の第４光集積回路６０ａ１〜６０ａｉとを備える。この例ではｉ＝４である。波長分波器７８には、入出力用波長合分波器８４から第１光信号ＬＴ１が入力される。そして、波長分波器７８は、第１光信号ＬＴ１に含まれるｉ個の異なる波長の下り信号を波長ごとに分離して、その波長に対応する第４光集積回路６０ａ１〜６０ａｉに出力する。
【０１１７】
第４光集積回路６０ａ１〜６０ａｉは、上述のｉ個の異なる波長の下り信号をそれぞれ受信する。また、第４光集積回路６０ａ１〜６０ａｉにおいて、可変減衰器ＶＯＡを使用するどうか、つまり、光伝搬経路を副光導波路６８とするかどうかは、各波長の下り信号の強度等により、予め設定されている。
【０１１８】
第１送信部７４は、波長合波器８０と、ｊ個（ｊは２以上の整数）の第５光集積回路６０ｂ１〜６０ｂｊとを備える。この例ではｊ＝４である。波長合波器８０には、第５光集積回路６０ｂ１〜６０ｂｊからｊ個の異なる波長の上り信号が入力される。そして、波長合波器８０は、ｊ個の上り信号を合波した第２光信号ＬＴ２を入出力用波長合分波器８４に向けて出力する。第５光集積回路６０ｂ１〜６０ｂｊにおける変調器ＭＯＤの使用の有無、つまり、光伝搬経路を副光導波路６８とするかどうかは、発光素子ＬＤが内部変調器を持つかどうかで予め設定されている。
【０１１９】
第２送信部７６は、波長合波器８２と、ｋ個（ｋは２以上の整数）の第３光集積回路６０１〜６０ｋとを備える。この例ではｋ＝４である。第３光集積回路６０１〜６０ｋのそれぞれには、固有の異なる波長の上り信号を出力する外部光源（不図示）が接続されている。また、第３光集積回路６０１〜６０ｋにおける変調器ＭＯＤの使用の有無、つまり、光伝搬経路を副光導波路６８とするかどうかは、外部光源からの上り信号が変調されているかどうかで予め設定されている。
【０１２０】
波長合波器８２には、第３光集積回路６０１〜６０ｋからｋ個の異なる波長の上り信号が入力される。そして、波長合波器８２は、ｋ個の上り信号を合波した第３光信号ＬＴ３を入出力用波長合分波器８４に向けて出力する。
【０１２１】
第３光分岐部８６は、第２光素子２０（図２）と同様に構成されている。すなわち、第１コア１２１が、第１送信部７４の波長合波器８０に接続され、第２コア１２２が、第２送信部７６の波長合波器８２に接続されている。これにより、第３光分岐部８６は、第２クラッド１４２の材料を適当に設定することにより、第１及び第２送信部７４及び７６を切り替えることができる。その結果、例えば、高出力の上り信号が要求される場合には、外部光源に接続された第２送信部７６を用いる等、第６光集積回路の完成後に第１及び第２送信部７４及び７６を設計に応じて好適に選択できる。
【０１２２】
＜第３光素子＞
次に、図８を参照して、第１光素子１０の応用例である第３光素子について説明する。図８は、第３光素子の構成を模式的に示す斜視図である。
【０１２３】
図８と図１（Ａ）とを比較すると、第３光素子９０は、凹部１８の底面１８ａに多モード干渉光導波路用のコア１２Ｍを備える以外は、第１光素子１０と同様に構成されている。そこで、主にこの相違点について説明する。
【０１２４】
第３光素子９０では、第１及び第２クラッド１４１及び１４２を備えるクラッド１４と、コア１２Ｍとで多モード干渉光導波路１６Ｍが構成されている。多モード干渉光導波路１６Ｍは、ｇ個（ｇは１以上の整数）の入力ポート１２Ｉ−１〜１２Ｉ−ｇと、ｈ個（ｈは２以上の整数）の出力ポート１２Ｏ−１〜１２Ｏ−ｈと、平面型光導波路１２Ｐとを備えている。この例では、ｇ＝２及びｈ＝４である。
【０１２５】
２本の入力ポート１２Ｉ−１及び１２Ｉ−２には、それぞれ入力光ＩＮ１及びＩＮ２が入力される。４本の出力ポート１２Ｏ−１〜１２Ｏ−４からはそれぞれ出力光ＯＵＴ１〜ＯＵＴ４が出力される。
【０１２６】
平面型光導波路１２Ｐは矩形状の平行平板のスラブ形光導波路であり、入力された入力光ＩＮ１及びＩＮ２は、多数の伝搬モードを励起しながら内部を伝搬する。その結果、これらの伝搬モード間での干渉が起こり、出力ポート１２Ｏ−１〜１２Ｏ−４から所定の強度比の出力光ＯＵＴ１〜ＯＵＴ４として出力される。
【０１２７】
次に、第３光素子９０の動作を説明する。第３光素子９０においても、第２クラッド１４２の材料を変えることで、多モード干渉光導波路１６Ｍを伝搬する光に関する等価屈折率を変更することができる。これにより、平面型光導波路１２Ｐを伝搬する際に励起される複数の伝搬モード間での干渉の態様に変化が生じ、その結果、出力光ＯＵＴ１〜ＯＵＴ４の強度比を変更することができる。具体的には、多モード干渉光導波路１６Ｍからの出力光に、あたかも出力ポート数ｈが変化したかのような変化を与えることができる。例えば、第２クラッド１４２の変更前には４ポートから出力されていた出力光を、第２クラッド１４２を変更することで３ポートから出力させる等である。
【０１２８】
第３光素子９０は、光加入者系通信システムにおいて、ＯＬＴからの信号を複数のＯＮＵに分岐させるためのパワースプリッターとして好適である。
【０１２９】
（第２実施形態）
次に、図９を参照して本発明の第２実施形態に相当する第７光集積回路について説明する。図９（Ａ）は、第７光集積回路の構成を概略的に示す平面図である。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った端面図である。
【０１３０】
図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、第７光集積回路９５は、上述した第１光素子１０（図１）を備えたマッハツェンダ干渉計である。
【０１３１】
より詳細には、第７光集積回路９５は、第１及び第２クラッド１４１及び１４２と、コア１２とで構成される光導波路１６を備えている。そして光導波路１６は、第１及び第２Ｙ分岐光導波路９６Ｌ及び９６Ｒと、アーム部９７とを備える。そして、このアーム部９７に第１光素子１０が設けられている。
【０１３２】
第１及び第２Ｙ分岐光導波路９６Ｌ及び９６Ｒは、互いに構成が等しいので、ここでは、第１Ｙ分岐光導波路９６Ｌを例に挙げて説明する。
【０１３３】
第１Ｙ分岐光導波路９６Ｌは、分岐又は合流する光が伝搬する光導波路である第１分岐９６Ｌ１と、第１分岐９６Ｌ１から、２方向に分岐する光導波路である第２及び第３分岐９６Ｌ２及び９６Ｌ３を備える。第１Ｙ分岐光導波路９６Ｌは、第１分岐９６Ｌ１に入力された入力光ＩＮを第２及び第３分岐９６Ｌ２及び９６Ｌ３に等分配して伝搬させる。
【０１３４】
アーム部９７は、２本の光導波路である第１及び第２アーム９７１及び９７２を備える。第１アーム９７１は、第１及び第２Ｙ分岐光導波路９６Ｌ及び９６Ｒの第２分岐９６Ｌ２及び９６Ｒ２同士を接続する。第２アーム９７２は、第１及び第２Ｙ分岐光導波路９６Ｌ及び９６Ｒの第３分岐９６Ｌ３及び９６Ｒ３同士を接続する。
【０１３５】
そして、この例では、第１アーム９７１に第１光素子１０が設けられている。すなわち、コア１２を露出させるような凹部１８が第１アーム９７１に設けられており、この凹部１８には第２クラッド１４２が設けられている。
【０１３６】
一般に、マッハツェンダ干渉計は、第１及び第２アーム９７１又は９７２の屈折率を電気的又は熱的に変化させて出力をＯＮ／ＯＦＦする。しかし、第７光集積回路９５では、第２クラッド１４２として用いる材料の屈折率次第で、出力をＯＮかＯＦＦかのどちらかに固定できる。この性質を利用することにより、第７光集積回路９５は、特定波長帯域の光を透過するバンドパスフィルタの構成部品や、光減衰器の構成部品として利用することができる。
【符号の説明】
【０１３７】
１０，１０（ａ），１０（ｂ）  第１光素子
１２，１２１，１２２，１２Ｍ  コア
１２ａ  下面
１２Ｐ  平面型光導波路
１２Ｉ−１〜１２Ｉ−ｇ  入力ポート
１２Ｏ−１〜１２Ｏ−ｈ  出力ポート
１４  クラッド
１４１  第１クラッド
１４１Ｓ  表面
１４２  第２クラッド
１６  光導波路
１６Ｍ  多モード干渉光導波路
１８  凹部
１８ａ  底面
２０  第２光素子
２０１〜２０ｎ  第１〜第ｎ光分岐部
３０  第１光集積回路
３２  基板
３２ａ，５２ａ  主面
３２ｂ  端面
３４，５４，６２  回路部
３８，６６  主光導波路
４２１〜４２ｎ  第１〜第ｎ副光導波路
４４  主光入出力部
４６１〜４６ｎ第１〜第ｎ副光入出力部
５０  第２光集積回路
５２  Ｓｉウエハ
５８  ダイシングソー
５４ａ  光合分波素子
５４ｂ，５４ｃ  回路内光導波路
５６ａ，５６ｂ  光ファイバ
６０，６０１〜６０ｋ  第３光集積回路
６０ａ，６０ａ１〜６０ａｉ  第４光集積回路
６０ｂ，６０ｂ１〜６０ｂｊ  第５光集積回路
６４１  第１光分岐部
６４２  第２光分岐部
６８  副光導波路
７０  第６光集積回路
７２  受信部
７４  第１送信部
７６  第２送信部
７８  波長分波器
８０，８２  波長合波器
８４  入出力用波長合分波器
８６  第３光分岐部
８８  光ファイバ
９０  第３光素子
９５  第７光集積回路
９６Ｌ  第１Ｙ分岐光導波路
９６Ｌ１〜９６Ｌ３  第１Ｙ分岐光導波路の第１〜第３分岐
９６Ｒ  第２Ｙ分岐光導波路
９６Ｒ１〜９６Ｒ３  第２Ｙ分岐光導波路の第１〜第３分岐
９７  アーム部
９７１、９７２  アーム部の第１アーム、第２アーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
2014071318.tif 000009
【図９】
2014071318.tif 000010
【図７】
2014071318.tif 000011
【図１０】
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