(57)【要約】【課題】大きな分岐角度で所望の分岐比を得ることができ、作製が容易で、しかも、過剰損失の変動を抑えることができる光合分波回路を提供する。【解決手段】光導波路１６は、１つの光入出力部２０につながり、第１の屈折率を有する第１の光導波路２２と、前記第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有する第２の光導波路２４とを有し、該第２の光導波路２４の一部２４ａが第１の光導波路２２と重なった構成となっている。第１の光導波路２２の下面に第２の光導波路２４の一部２４ａが接触して重なった構成を有し、更に、第２の光導波路２４のうち、第１の光導波路２２と重なった部分２４ａの側面がテーパ状になっており、しかも、第２の光導波路２４の一端２４ｃ（分波であれば始端、合波であれば終端）を含む端部２４ｄが先鋭状となっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低屈折率のクラッド層中に高屈折率の光導波路が形成された光合分波機能を有する光デバイスにおいて、
前記光導波路は、第１の屈折率を有する第１の光導波路と、前記第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有する第２の光導波路とを有し、
前記第２の光導波路の一部が前記第１の光導波路と重なっていることを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
請求項１記載の光デバイスにおいて、
前記第１の光導波路は、第１の光軸方向に延び、
前記第２の光導波路は、少なくとも前記第１の光導波路と重なっていない部分が前記第１の光軸方向に対して所定の角度で交差する第２の光軸方向に延びていることを特徴とする光デバイス。
【請求項３】
請求項１又は２記載の光デバイスにおいて、
前記第２の光導波路のうち、前記第１の光導波路と重なった部分の一部又は全部がテーパ状になっていることを特徴とする光デバイス。
【請求項４】
請求項３記載の光デバイスにおいて、
前記第２の光導波路の一端（分波であれば始端、合波であれば終端）を含む端部が先鋭状となっていることを特徴とする光デバイス。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載の光デバイスにおいて、
前記第２の光導波路における前記第１の光導波路と重なった部分が、前記第２の光軸方向に延びていることを特徴とする光デバイス。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１項に記載の光デバイスにおいて、
前記第２の光導波路の前記一端が、前記第１の光導波路と重なっていることを特徴とする光デバイス。
【請求項７】
請求項３〜５のいずれか１項に記載の光デバイスにおいて、
前記第２の光導波路の前記一端が、前記第１の光導波路と重なっていないことを特徴とする光デバイス。
【請求項８】
請求項３又は４記載の光デバイスにおいて、
前記第２の光導波路は、前記第１の光導波路と重なった部分において湾曲部分を有し、かつ、前記一端が、前記第１の光導波路と重なっており、かつ、前記一端を含む端部が前記第１の光軸方向に沿って延びていることを特徴とする光デバイス。
【請求項９】
低屈折率のクラッド層中に高屈折率の光導波路が形成された光合分波機能を有する光デバイスにおいて、
前記光導波路は、第１の屈折率を有する第１の光導波路と、前記第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有する第２の光導波路とを有し、
前記第２の光導波路の一部が前記第１の光導波路に埋め込まれていることを特徴とする光デバイス。
【請求項１０】
低屈折率のクラッド層中に高屈折率の光導波路が形成された光合分波機能を有する光デバイスの製造方法において、
基板上に第１クラッド層を形成する工程と、
前記第１クラッド層上に第１コア層を形成した後、該第１コア層をパターニングして第１屈折率を有する第１光導波路を形成する工程と、
前記第１光導波路を含む全面に第２コア層を形成した後、該第２コア層をパターニングして前記第１屈折率よりも低い第２屈折率を有する第２光導波路を形成して、前記第１光導波路の一部が前記第２光導波路に埋め込まれた光導波路を形成する工程と、
前記第２光導波路を含む全面に第２クラッド層を形成する工程とを有することを特徴とする光デバイスの製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の光デバイスの製造方法において、
前記第１コア層をパターニングして前記第１光導波路を形成する際に、下層の前記第１クラッド層を所定厚みだけオーバーエッチングすることを特徴とする光デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムに用いられる光合分波機能（あるいは光分岐結合機能）をもった光デバイス及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光合分波回路は、波長の異なる複数の光信号を１つの出力に合波したり、多重化された波長の異なる複数の光信号を波長ごとの複数の出力に分波する機能を持つものであり、例えば光波長多重（ＷＤＭ）伝送システムに使用される。
【０００３】
この光合分波回路には、回折格子などの個別部品を組み合わせたバルク型と、アレイ光導波路の光路長差を利用したアレイ導波路格子を用いた光導波路型等がある。特に、光導波路型の光合分波回路は、小型化やコストの低廉化において有利である（例えば特許文献１〜特許文献９参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特公昭５６−２７８４６号公報（図１、図３）
【特許文献２】
特公昭６１−８４０５号公報（図１）
【特許文献３】
特公平５−４９９６３号公報（図１、図２）
【特許文献４】
特公平６−７２９６４号公報（図４）
【特許文献５】
特公平８−７２９４号公報（図６）
【特許文献６】
特許第２５３１６３４号公報（図１）
【特許文献７】
特許第２６６７２６４号公報（図１）
【特許文献８】
特許第２５７９００５号公報（図１）
【特許文献９】
特許第２８７０４９９号公報（図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の光合分波機能を有する光デバイス１００は、例えば図２３に示すように、１つの光導波路１０２が１つの分岐部１０４において１つの主光導波路１０６と１つの副光導波路１０８とに所定角度θで分岐された構造を有するが、従来の光デバイス１００は、分岐部１０４における主光導波路１０６と副光導波路１０８間のギャップの幅Ｗｇがゼロ（理想例）となるように設計されている。
【０００６】
しかし、実際には、作製時において、二点鎖線で示すように、前記分岐部１０４に有限の幅Ｗｇ（設計時において想定していない幅）が生じてしまい、その結果、所望の分岐比が達成できなかったり、所定の過剰損失よりも大きな過剰損失が生じるおそれがある。また、分岐部１０４に有限の幅Ｗｇが生じることを想定していないことから、作製時において、光デバイス毎にギャップの幅Ｗｇにばらつきが生じ、光デバイス毎に分岐比や過剰損失がばらつくおそれもある。
【０００７】
ここで、理想例と従来例１〜３について分岐角度による分岐比の変化と過剰損失の変動をみた実験例について図２４及び図２５を参照しながら説明する。なお、分岐角度による過剰損失の変動とは、与えられた分岐角度によって副光導波路１０８から出力される理想の光出力による過剰損失と、実際の光出力による過剰損失との差を示す。また、光導波路（コア層）とクラッド層との規格化屈折率差ΔＮｃを０．３％、入力光の波長λを１．５５μｍとした。
【０００８】
理想例及び従来例１〜３では、図２３に示すように、１つの光導波路１０２の幅Ｗｉ、主光導波路１０６の幅Ｗｏ、副光導波路１０８の幅Ｗｂの関係をＷｉ＝Ｗｏ＝Ｗｂ＝８μｍとした。
【０００９】
そして、理想例は、分岐部１０４における主光導波路１０６と副光導波路１０８とのギャップの幅Ｗｇを０μｍとし、従来例１は、前記ギャップの幅Ｗｇを２μｍとし、従来例２は、前記ギャップの幅Ｗｇを４μｍとし、従来例３は、前記ギャップの幅Ｗｇを６μｍとした。
【００１０】
理想例及び従来例１〜３に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図２４に示し、分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を図２５に示す。
【００１１】
この実験例から、分岐比として例えば１０ｄＢを得る場合、理想例及び従来例１〜３では、図２４に示すように、分岐角度を約３．５°とすればよい。この場合、理想例及び従来例１〜３における分岐角度＝３．５°での過剰損失の変動は、図２５に示すように、理想例では約０．３ｄＢ、従来例１では約０．４ｄＢ、従来例２では約０．６ｄＢ、従来例３では約０．９ｄＢとなっている。
【００１２】
このように、ギャップの幅Ｗｇが大きくなるほど過剰損失の変動が大きくなり、しかも、このギャップの幅Ｗｇは、光デバイス毎にばらつくことから、過剰損失の変動も光デバイス毎にばらつくことになる。
【００１３】
また、分岐比として１０ｄＢを得る場合、前記理想例も含めて分岐角度が３．５°と小さい。従って、光合分波機能を有する光デバイスの作製、特に、分岐部の作製が困難になりやすいという問題がある。
【００１４】
ところで、上述のような光合分波機能を有する光デバイスにおいては、主光導波路を伝搬する光の出力点と、副光導波路を伝搬する光の出力点は、クロストークの関係等から所定距離ほど離れている必要がある。そのため、分岐後の副光導波路を湾曲させて前記所定距離を得ることが考えられる。
【００１５】
しかし、従来の光デバイスは、副光導波路１０８が主光導波路１０６と同じ屈折率差（クラッドに対するコアの屈折率差）で分岐させるため、副光導波路１０８の曲率半径が主光導波路１０６で決まってしまい、副光導波路１０８の曲率半径を小さくすることができない。即ち、主光導波路１０６の出力点と副光導波路１０８の出力点との間に所定距離を得るためには、副光導波路１０８を長くしなければならず、光デバイスのサイズが大きくなるという問題がある。
【００１６】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、大きな分岐角度で所望の分岐比を得ることができ、作製が容易で、しかも、過剰損失の変動を抑えることができる光デバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１７】
また、本発明の他の目的は、副光導波路の曲率半径を主光導波路の屈折率に関わらず小さくすることができ、サイズの小型化を促進させることができる光デバイス及びその製造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光デバイスは、低屈折率のクラッド層中に高屈折率の光導波路が形成された光合分波機能を有する光デバイスにおいて、前記光導波路は、第１の屈折率を有する第１の光導波路と、前記第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有する第２の光導波路とを有し、前記第２の光導波路の一部が前記第１の光導波路と重なっていることを特徴とする。
【００１９】
これにより、例えば第１の光導波路を主光導波路とし、第２の光導波路を前記主光導波路に対する分岐光導波路としたとき、第２の光導波路のクラッド層との屈折率差が、第１の光導波路のクラッド層との屈折率差よりも大きいことから、第１及び第２の光導波路の屈折率がそれぞれ同じ場合と比して、第２の光導波路を湾曲させた場合の曲率半径を小さくすることができる。
【００２０】
そのため、第１の光導波路の出力点と第２の光導波路の出力点との間に所定距離を得るために、第２の光導波路を長くする必要がなく、光デバイスのサイズの小型化を図ることができる。
【００２１】
しかも、第２の光導波路の一部を第１の光導波路に重ねるようにしたので、例えば第１の光導波路を伝搬する光が前記重なった部分において効率よく分波され、過剰損失の変動を抑えることができる。
【００２２】
そして、前記構成において、前記第１の光導波路は、第１の光軸方向に延び、前記第２の光導波路は、少なくとも前記第１の光導波路と重なっていない部分が前記第１の光軸方向に対して所定の角度で交差する第２の光軸方向に延びていてもよい。
【００２３】
これにより、例えば第１の光導波路を通じて伝搬した光が、第２の光導波路の重なった部分を介して前記第１の光導波路と第２の光導波路とに分波される。あるいは、第１及び第２の光導波路を通じてそれぞれ伝搬した光が、第２の光導波路の重なった部分を介して合波されて前記第１の光導波路を伝搬される。
【００２４】
例えば分波を考えた場合、第１の光導波路を伝搬する光が、前記第２の光導波路のうち、第１の光導波路と重なった部分を通じて徐々に第２の光導波路に移動し、任意の光量を有する光が第２の光導波路を通じて伝搬することになる。
【００２５】
また、前記構成において、前記第２の光導波路のうち、前記第１の光導波路と重なった部分の一部又は全部がテーパ状になっていてもよい。テーパ状とすることで、分岐角度（第１の光軸と第２の光軸とのなす角）を大きくすることができ、光デバイスの作製を容易にすることができ、製造コストの低廉化を有効に図ることができる。しかも、第２の光導波路を伝搬する光の過剰損失の変動を抑えることができる。
【００２６】
また、前記構成において、前記第２の光導波路の一端（分波であれば始端、合波であれば終端）を含む端部を先鋭状としてもよい。この場合、前記第２の光導波路の前記一端が、前記第１の光導波路と重なっていてもよいし、前記第１の光導波路と重なっていなくてもよい。
【００２７】
また、前記第２の光導波路における前記第１の光導波路と重なった部分が、前記第２の光軸方向に延びていてもよい。あるいは、前記第２の光導波路は、前記第１の光導波路と重なった部分において湾曲部分を有し、かつ、前記一端が、前記第１の光導波路と重なっており、かつ、前記一端を含む端部が前記第１の光軸方向に沿って延びていてもよい。この場合、前記分岐角度を更に大きくすることができ、作製の容易性を更に促進させることができる。
【００２８】
また、本発明に係る光デバイスは、低屈折率のクラッド層中に高屈折率の光導波路が形成された光合分波機能を有する光デバイスにおいて、前記光導波路は、第１の屈折率を有する第１の光導波路と、前記第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有する第２の光導波路とを有し、前記第２の光導波路の一部が前記第１の光導波路に埋め込まれていることを特徴とする。
【００２９】
これにより、例えば第１の光導波路を伝搬する光は、前記第２の光導波路が埋め込まれた部分において効率よく分波され、過剰損失の変動を抑えることができる。もちろん、分岐角度も大きくすることができ、製造の容易性を促進させることができる。また、第１の光導波路の出力点と第２の光導波路の出力点との間に所定距離を得るために、第２の光導波路を長くする必要がなく、光デバイスのサイズの小型化を図ることができる。
【００３０】
次に、本発明に係る光デバイスの製造方法は、低屈折率のクラッド層中に高屈折率の光導波路が形成された光合分波機能を有する光デバイスの製造方法において、基板上に第１クラッド層を形成する工程と、前記第１クラッド層上に第１コア層を形成した後、該第１コア層をパターニングして第１屈折率を有する第１光導波路を形成する工程と、前記第１光導波路を含む全面に第２コア層を形成した後、該第２コア層をパターニングして前記第１屈折率よりも低い第２屈折率を有する第２光導波路を形成して、前記第１光導波路の一部が前記第２光導波路に埋め込まれた光導波路を形成する工程と、前記第２光導波路を含む全面に第２クラッド層を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００３１】
これにより、第２屈折率よりも高い第１屈折率を有する第１光導波路の一部が第２光導波路に埋め込まれた光導波路を簡単に得ることができ、小型化、光合分波の特性を向上させると共に、製造の容易性を図ることができる光デバイスを容易に製造することができる。
【００３２】
前記第１コア層をパターニングして前記第１光導波路を形成する際に、下層の前記第１クラッド層を所定の厚みだけオーバーエッチングするようにしてもよい。これにより、断面でみたとき、第１光導波路を第２光導波路のほぼ中央部分に位置させることができる。その結果、光合分波の効率を更に向上させることができ、過剰損失の変動を更に抑制させることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光デバイスを例えば光合分波回路に適用したいくつかの実施の形態例を図１〜図２２を参照しながら説明する。
【００３４】
まず、第１の実施の形態に係る光デバイス１０Ａは、図２に示すように、基板１２と、該基板１２上に形成された低屈折率のクラッド層１４と、該クラッド層１４に包含された高屈折率の光導波路１６であるコア層とを有する。
【００３５】
前記光導波路（コア層）１６は、図１に示すように、１つの光入出力部２０につながり、第１の屈折率を有する第１の光導波路（主光導波路）２２と、前記第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有する第２の光導波路２４とを有し、該第２の光導波路２４の一部２４ａが第１の光導波路２２と重なった構成となっている。
【００３６】
第１の光導波路２２は、第１の光軸方向（ｘ軸方向）に延び、第２の光導波路２４は、少なくとも第１の光導波路２２と重なっていない部分２４ｂが前記ｘ軸方向に対して所定の角度θで交差する第２の光軸方向（φ軸方向）に延びている。
【００３７】
つまり、この第１の実施の形態に係る光デバイス１０Ａは、第２の光導波路２４のうち、第１の光導波路２２と重なった部分２４ａが、光導波路１６の分岐部２６として構成され、該分岐部２６において、前記第１の光導波路２２が、所定の分岐角度θをもって第１の光導波路２２と第２の光導波路２４に分岐された構造を有する光合分波機能をもった光デバイスである。
【００３８】
光導波路１６は、例えば石英等のガラス材料、あるいはポリマー材料、ＬｉＮｂＯ３、ＰＬＺＴ等の光学材料が用いられ、基板１２としてガラス材料、シリコンＳｉ、あるいは金属が用いられる。
【００３９】
そして、この第１の実施の形態に係る光デバイス１０Ａは、図２に示すように、第１の光導波路２２の下面に第２の光導波路２４の一部２４ａが接触して重なった構成を有し、更に、第２の光導波路２４のうち、第１の光導波路２２と重なった部分２４ａの側面がテーパ状になっており、しかも、第２の光導波路２４の一端２４ｃ（分波であれば始端、合波であれば終端）を含む端部２４ｄが先鋭状となっている。
【００４０】
また、第２の光導波路２４における第１の光導波路２２と重なった部分２４ａは、φ軸方向に延びており、第２の光導波路２４の一端２４ｃは、第１の光導波路２２と重なっている。
【００４１】
ここで、この第１の実施の形態に係る光デバイス１０Ａの作用を説明すると、例えば光入出力部２０から入射された光は、第２の光導波路２４の前記重なった部分２４ａを介して第１の光導波路２２と第２の光導波路２４とに分波されてそれぞれ第１の出力点２８及び第２の出力点３０を通じて取り出される。あるいは、第１及び第２の光導波路２２及び２４を通じてそれぞれ伝搬した光が、第２の光導波路２４の前記重なった部分２４ａを介して合波されて光入出力部２０から取り出される。
【００４２】
そして、例えば分波を考えた場合、第１の光導波路２２を伝搬する光が、第２の光導波路２４のうち、第１の光導波路２２と重なった部分２４ａを通じて徐々に第２の光導波路２４に移動し、任意の光量を有する光が第２の光導波路２４を通じて伝搬することになる。
【００４３】
そして、この第１の実施の形態に係る光デバイス１０Ａにおいては、第２の光導波路２４のクラッド層１４（図２参照）との屈折率差が、第１の光導波路２２のクラッド層１４との屈折率差よりも大きいことから、第１及び第２の光導波路２２及び２４の屈折率がそれぞれ同じ場合と比して、第２の光導波路２４を湾曲させた場合の曲率半径を小さくすることができる。
【００４４】
そのため、第１の光導波路２２の第１の出力点２８と第２の光導波路２４の第２の出力点３０との間に所定距離を得るために、第２の光導波路２４を長くする必要がなく、光デバイス１０Ａのサイズの小型化を図ることができる。
【００４５】
しかも、第２の光導波路２４の一部２４ａを第１の光導波路２２に重ねるようにしたので、例えば第１の光導波路２２を伝搬する光が前記重なった部分２４ａにおいて効率よく分波され、過剰損失の変動を抑えることができる。
【００４６】
また、この第１の実施の形態では、第２の光導波路２４のうち、第１の光導波路２２と重なった部分２４ａの側面がテーパ状になっている。テーパ状とすることで、分岐角度θを大きくすることができ、光デバイス１０Ａの作製を容易にすることができ、製造コストの低廉化を有効に図ることができる。第２の光導波路２４を伝搬する光の過剰損失の変動も抑えることができる。
【００４７】
次に、第２の実施の形態に係る光デバイス１０Ｂについて図３を参照しながら説明する。
【００４８】
この第２の実施の形態に係る光デバイス１０Ｂは、図３に示すように、上述した第１の実施の形態に係る光デバイス１０Ａ（図１参照）とほぼ同様の構成を有するが、第２の光導波路２４の一端２４ｃが第１の光導波路２２と重なっていない点で異なる。図３の例では、第２の光導波路２４の一端２４ｃが、第１の光導波路２２の左側面からわずかに離れた位置にある。
【００４９】
この第２の実施の形態においても、第１の実施の形態に係る光デバイス１０Ａと同様に、光デバイス１０Ｂの小型化、作製の容易性、製造コストの低廉化を有効に図ることができ、第２の光導波路２４を伝搬する光の過剰損失の変動も抑えることができる。
【００５０】
次に、第３の実施の形態に係る光デバイス１０Ｃについて図４を参照しながら説明する。
【００５１】
この第３の実施の形態に係る光デバイス１０Ｃは、図４に示すように、上述した第１の実施の形態に係る光デバイス１０Ａ（図１参照）とほぼ同様の構成を有するが、第２の光導波路２４が以下の点で異なる。
【００５２】
即ち、第２の光導波路２４は、第１の光導波路２２と重なった部分２４ａにおいて湾曲部分２４ｅを有し、かつ、その一端２４ｃが、第１の光導波路２２と重なっており、かつ、該一端２４ｃを含む端部２４ｆがｘ軸方向に沿って延びている。
【００５３】
また、第２の光導波路２４の一端２４ｃは、第１の光導波路２２の幅方向ほぼ中央に位置している。
【００５４】
これにより、分岐角度θを、第１及び第２の実施の形態の場合よりも更に大きくすることができ、作製の容易性をより促進させることができる。もちろん、第２の光導波路２４を伝搬する光の過剰損失の変動もより抑えることができる。
【００５５】
上述の例では、第２の光導波路２４の一端２４ｃを、第１の光導波路２２の幅方向ほぼ中央に位置させたが、これに限定されるものではない。ただ、第１の光導波路２２の幅方向ほぼ中央に位置させることで、第１の光導波路２２を伝搬する光を効率よく第２の光導波路２４に分波できるという効果を得ることができる。
【００５６】
上述の第１〜第３の実施の形態では、図２に示すように、第１の光導波路２２の下面に第２の光導波路２４の一部２４ａの上面を接触させて重ねた構成を示したが、その他、図５に示す第４の実施の形態に係る光デバイス１０Ｄのように、第１の光導波路２２の例えば右側面に第２の光導波路２４の一部（端面）を接触させて重ねた構成を採用するようにしてもよいし、図６に示す第５の実施の形態に係る光デバイス１０Ｅのように、第１の光導波路２２の例えば上面に第２の光導波路２４の一部の下面を接触させて重ねた構成を採用するようにしてもよい。
【００５７】
次に、第６の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆについて図７を参照しながら説明する。
【００５８】
この第６の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆは、上述した第３の実施の形態に係る光デバイス１０Ｃとほぼ同様の構成を有するが、第２の光導波路２４の一部２４ａが第１の光導波路２２に埋め込まれている点で異なる。
【００５９】
この第６の実施の形態では、第１の光導波路２２の下面と第２の光導波路２４の一部２４ａの下面とがほぼ一致したかたちになっている。
【００６０】
これにより、例えば第１の光導波路２２を伝搬する光が第２の光導波路２４の一部２４ａが埋め込まれた部分において効率よく分波され、過剰損失の変動を抑えることができる。もちろん、分岐角度θも大きくすることができ、製造の容易性を促進させることができる。また、第１の光導波路２２の出力点２８（図１参照）と第２の光導波路２４の出力点３０との間に所定距離を得るために、第２の光導波路２４を長くする必要がなく、光デバイス１０Ｆの小型化を図ることができる。
【００６１】
次に、第７の実施の形態に係る光デバイス１０Ｇについて図８を参照しながら説明する。
【００６２】
この第７の実施の形態に係る光デバイス１０Ｇは、上述した第６の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆ（図７参照）とほぼ同様の構成を有するが、第１の光導波路２２の下面が第２の光導波路２４の一部２４ａの下面よりも下方に位置し、第１の光導波路２２の高さ方向ほぼ中央に第２の光導波路２４の一部２４ａが位置したかたちになっている。従って、光合分波の効率を更に向上させることができ、過剰損失の変動を更に抑制させることができる。
【００６３】
次に、３つの実験例（第１〜第３の実験例）について説明する。第１の実験例は、第２の実施の形態に係る光デバイス１０Ｂ（図３参照）と同様の構成を有する実施例１〜３について分岐角度による分岐比の変化と過剰損失の変動をみたものである。
【００６４】
ここで、分岐角度による過剰損失の変動とは、与えられた分岐角度によって第２の光導波路２４から出力される理想の光出力による過剰損失と、実際の光出力による過剰損失との差を示す。
【００６５】
また、第１の光導波路２２とクラッド層１４（図２参照）との規格化屈折率差ΔＮｃ１を０．３％、第２の光導波路２４とクラッド層１４との規格化屈折率差ΔＮｃ２を３％、第１の光導波路２２の幅Ｗ１（図３参照）と厚みｔ１（図２参照）をそれぞれ８μｍ、入力光の波長λを１．５５μｍとした。
【００６６】
そして、実施例１は、第２の光導波路２４のうち、第１の光導波路２２と重なっていない部分２４ｂの幅Ｗ２（図３参照）と厚みｔ２（図２参照）をそれぞれ２．５μｍとし、実施例２は、前記幅Ｗ２と厚みｔ２をそれぞれ２μｍとし、実施例３は、前記幅Ｗ２と厚みｔ２をそれぞれ１．５μｍとした。
【００６７】
実施例１〜３に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図９に示し、分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を図１０に示す。
【００６８】
この第１の実験例から、分岐比として例えば１０ｄＢを得る場合、図９に示すように、実施例１では分岐角度を約５°、実施例２では分岐角度を約５．３°、実施例３では分岐角度を約５．８°とすればよい。
【００６９】
この場合、実施例１〜３における前記各分岐角度での過剰損失の変動は、図１０に示すように、実施例１では約０．３５ｄＢ、実施例２では約０．２７ｄＢ、実施例３では約０．２２ｄＢであった。
【００７０】
この実施例１〜３の測定結果と、図２４及び図２５に示す理想例及び従来例１〜３とを比較すると、実施例１〜３は、分岐角度として５°以上を確保できるため、理想例、従来例１〜３よりも製作が容易になる。過剰損失の変動の点では、実施例１（約０．３５ｄＢ）が理想例（約０．３ｄＢ）よりもわずかに大きいが（但し、従来例１〜３よりは小さい値となっている）、実施例２及び３については、理想例よりも低い値となっており、過剰損失の変動が小さく抑えられていることがわかる。
【００７１】
次に、第２の実験例は、第３の実施の形態に係る光デバイス１０Ｃ（図４参照）と同様の構成を有する実施例４〜６について分岐角度による分岐比の変化と過剰損失の変動をみたものである。
【００７２】
また、規格化屈折率差ΔＮｃ１及び規格化屈折率差ΔＮｃ２、第１の光導波路２２の幅Ｗ１（図４参照）と厚みｔ１（図２参照）、入力光の波長λについては上述の第１の実験例と同じ条件とした。
【００７３】
そして、実施例４は、第２の光導波路２４のうち、第１の光導波路２２と重なっていない部分２４ｂの幅Ｗ２（図４参照）と厚みｔ２（図２参照）をそれぞれ２．５μｍとし、実施例５は、前記幅Ｗ２と厚みｔ２をそれぞれ２μｍとし、実施例６は、前記幅Ｗ２と厚みｔ２をそれぞれ１．５μｍとした。
【００７４】
実施例４〜６に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図１１に示し、分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を図１２に示す。
【００７５】
この第２の実験例から、分岐比として例えば１０ｄＢを得る場合、図１１に示すように、実施例４では分岐角度を約７．５°、実施例５では分岐角度を約７．２°、実施例６では分岐角度を約６°とすればよい。
【００７６】
この場合、実施例４〜６における前記各分岐角度での過剰損失の変動は、図１２に示すように、実施例４では約０．３２ｄＢ、実施例５では約０．２１ｄＢ、実施例６では約０．１７ｄＢであった。
【００７７】
この実施例４〜６の測定結果と、図２４及び図２５に示す理想例及び従来例１〜３、並びに図９及び図１０に示す実施例１〜３とを比較すると、実施例４〜６は、分岐角度として６°以上を確保できるため、理想例、従来例１〜３、並びに実施例１〜３よりも製作が容易になる。過剰損失の変動の点では、実施例４（約０．３２ｄＢ）が理想例（約０．３ｄＢ）よりもわずかに大きいが（但し、従来例１〜３及び実施例１よりは小さい値となっている）、実施例５及び６については、理想例、並びに実施例１〜３よりも低い値となっており、過剰損失の変動が実施例１〜３よりも小さく抑えられていることがわかる。
【００７８】
次に、第３の実験例は、第６及び第７の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆ及び１０Ｇ（図７及び図８参照）と同様の構成を有する実施例７〜１０について分岐角度による分岐比の変化と過剰損失の変動をみたものである。
【００７９】
この第３の実験例では、第１の光導波路２２とクラッド層１４との規格化屈折率差ΔＮｃ１を０．６％、第２の光導波路２４とクラッド層１４との規格化屈折率差ΔＮｃ２を３％、第１の光導波路２２の幅Ｗ１と厚みｔ１をそれぞれ５μｍ、第２の光導波路２４の幅Ｗ２と厚みｔ２をそれぞれ２．５μｍ、入力光の波長λを１．５５μｍとした。
【００８０】
そして、実施例７は、第６の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆと同様の構成を有し、第１の光導波路２２の下面と第２の光導波路２４の下面との間の距離Ｌ（図８参照）を０μｍとし、実施例８〜１０は、それぞれ第７の実施の形態に係る光デバイス１０Ｇと同様の構成を有し、実施例８は前記距離Ｌを１μｍとし、実施例９は前記距離Ｌを２μｍとし、実施例１０は前記距離Ｌを３μｍとした。
【００８１】
実施例７〜１０に関し、分岐角度による分岐比の変化の測定結果を図１３に示し、分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を図１４に示す。
【００８２】
この第３の実験例から、分岐比として例えば１０ｄＢを得る場合、図１３に示すように、実施例７では分岐角度を約１３°、実施例８では分岐角度を約１２．５°、実施例９では分岐角度を約１１°、実施例１０では分岐角度を約９．５とすればよい。
【００８３】
この場合、実施例７〜１０における前記各分岐角度での過剰損失の変動は、図１４に示すように、実施例７では約０．６ｄＢ、実施例８では約０．５２ｄＢ、実施例９では約０．４８ｄＢ、実施例１０では約０．５ｄＢであった。
【００８４】
この実施例７〜１０の測定結果と、図２４及び図２５に示す理想例及び従来例１〜３、図９及び図１０に示す実施例１〜３、並びに図１１及び図１２に示す実施例４〜６とを比較すると、実施例７〜１０は、分岐角度として９°以上を確保できるため、理想例、従来例１〜３、実施例１〜３、並びに実施例４〜６よりも更に製作が容易になる。
【００８５】
過剰損失の変動の点では、実施例７〜１０は、従来例１（約０．４ｄＢ）よりもわずかに高い値となっているが、従来例２及び３よりも低い値となっており、過剰損失の変動が従来例２及び３よりも小さく抑えられていることがわかる。
【００８６】
実施例７〜１０を比較すると、第６の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆと同様の構成を有する実施例７は、分岐角度として約１３°が実現でき、大幅に分岐角度を大きくすることができる。しかし、過剰損失の変動が約０．６ｄＢと大きい。そのため、作製される光デバイスに応じて最適な分岐角度及び許容できる過剰損失の変動を考慮して前記距離Ｌを設定すればよい。
【００８７】
次に、第６の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆ（図７参照）の製造方法について図１５Ａ〜図１７Ｄを参照しながら説明する。
【００８８】
まず、図１５Ａに示すように、基板１２として例えばシリコン基板１２を用意する。その後、図１５Ｂに示すように、シリコン基板１２の上面に、第１クラッド層１４ａをスピンコート等により積層する。
【００８９】
次いで、図１５Ｃに示すように、第１クラッド層１４ａの上面に第１コア層１６ａをスピンコート等により積層する。その後、図１５Ｄに示すように、第１コア層１６ａの上面に第１レジスト層１８ａをスピンコート等により積層する。
【００９０】
次いで、図１５Ｅに示すように、第１レジスト層１８ａの一部をフォトリソグラフィによって除去して、第２の光導波路２４が形成されるべき部分に対応した箇所に前記第１レジスト層１８ａによる第１レジストマスク４０ａを形成する。
【００９１】
その後、図１６Ａに示すように、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行って、第１レジストマスク４０ａから露出する第１コア層１６ａを除去し、更に、図１６Ｂに示すように、フォトリソグラフィによって前記第１レジストマスク４０ａを除去する。この段階で、第１クラッド層１４ａ上に第１コア層１６ａによる第２の光導波路２４が形成されることになる。
【００９２】
次いで、図１６Ｃに示すように、第２の光導波路２４を含む全面に第２コア層１６ｂをスピンコート等により積層する。その後、図１６Ｄに示すように、第２コア層１６ｂの上面に第２レジスト層１８ｂをスピンコート等により積層する。
【００９３】
次いで、図１７Ａに示すように、第２レジスト層１８ｂの一部をフォトリソグラフィによって除去して、第１の光導波路２２が形成されるべき部分に対応した箇所に前記第２レジスト層１８ｂによる第２レジストマスク４０ｂを形成する。
【００９４】
その後、図１７Ｂに示すように、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行って、第２レジストマスク４０ｂから露出する第２コア層１６ｂを除去し、更に、図１７Ｃに示すように、フォトリソグラフィによって前記第２レジストマスク４０ｂを除去する。この段階で、第１クラッド層１４ａと第２の光導波路２４の一部２４ａ上に第２コア層１６ｂによる第１の光導波路２２が形成されることになる。
【００９５】
そして、図１７Ｄに示すように、全面に第２クラッド層１４ｂを例えばスピンコート等によって形成することにより、第６の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆ（図７参照）が完成する。
【００９６】
この製造方法によれば、第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有する第１コア層１６ａによる第２の光導波路２４の一部２４ａが第１の光導波路２２に埋め込まれた光導波路１６を簡単に得ることができ、小型化、光合分波の特性向上、製造の容易性を図ることができる光デバイス１０Ｆを容易に製造することができる。
【００９７】
次に、第７の実施の形態に係る光デバイス１０Ｇ（図８参照）の製造方法について図１８Ａ及び図１８Ｂを参照しながら説明する。
【００９８】
この製造方法は、上述した第６の実施の形態に係る光デバイス１０Ｆの製造方法（図１５Ａ〜図１７Ｄ参照）とほぼ同様の工程を踏むため、異なる工程のみ示すと、図１８Ａに示すように、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行って、第１レジストマスク４０ａから露出する第１コア層１６ａを除去する際に、下層の第１クラッド層１４ａを所定厚みｔ３だけオーバーエッチングする。
【００９９】
以後は、図１６Ｂ〜図１７Ｄに示す工程と同様に、第１レジストマスク４０ａの除去、第２コア層１６ｂの形成、第２レジスト層１８ｂによる第２レジストマスク４０ｂの形成、第２コア層１６ｂの選択的エッチングを経て、図１８Ｂに示すように、第７の実施の形態に係る光デバイス１０Ｇ（図８参照）が完成する。
【０１００】
この製造方法によれば、第２の光導波路２４の下面と第１の光導波路２２の下面との間の距離Ｌが、オーバーエッチング量（図１８Ａに示す厚みｔ３に相当）に対応したものとなり、容易に第７の実施の形態に係る光デバイス１０Ｇを作製することができる。
【０１０１】
ところで、第２の光導波路２４の一部２４ａが第１の光導波路２２に埋め込まれた構成としては、上述のほか、図１９に示す第８の実施の形態に係る光デバイス１０Ｈのように、第１の光導波路２２の例えば下部に第２の光導波路２４の一部２４ａを埋め込んだ構成を採用するようにしてもよいし、図２０に示す第９の実施の形態に係る光デバイス１０Ｉのように、第１の光導波路２２の上部に第２の光導波路２４の一部２４ａを埋め込んだ構成を採用するようにしてもよい。また、図２１に示す第１０の実施の形態に係る光デバイス１０Ｊのように、第１の光導波路２２の例えば右部に第２の光導波路２４の一部２４ａを埋め込んだ構成を採用するようにしてもよいし、図２２に示す第１１の実施の形態に係る光デバイス１０Ｋのように、第１の光導波路２２の厚み方向ほぼ中央部分に第２の光導波路２４の一部２４ａを埋め込んだ構成を採用するようにしてもよい。なお、第１１の実施の形態に係る光デバイス１０Ｋは、第７の実施の形態に係る光デバイス１０Ｇと同様の構成を有するが、第２の光導波路２４の一部２４ａ（第１の光導波路２２に埋め込まれた部分）の下部に第１の光導波路２２が存在している点で異なる。
【０１０２】
本発明に係る光デバイス及びその製造方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【０１０３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る光デバイス及びその製造方法によれば、大きな分岐角度で所望の分岐比を得ることができ、作製が容易で、しかも、過剰損失の変動を抑えることができる。また、副光導波路の曲率半径を主光導波路の屈折率に関わらず小さくすることができ、サイズの小型化を促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る光デバイスを示す平面図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線上の断面図である。
【図３】第２の実施の形態に係る光デバイスを示す平面図である。
【図４】第３の実施の形態に係る光デバイスを示す平面図である。
【図５】第４の実施の形態に係る光デバイスの分岐部における構成を示す断面図である。
【図６】第５の実施の形態に係る光デバイスの分岐部における構成を示す断面図である。
【図７】第６の実施の形態に係る光デバイスの分岐部における構成を示す断面図である。
【図８】第７の実施の形態に係る光デバイスの分岐部における構成を示す断面図である。
【図９】実施例１〜３の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図１０】実施例１〜３の分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を示す特性図である。
【図１１】実施例４〜６の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図１２】実施例４〜６の分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を示す特性図である。
【図１３】実施例７〜１０の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図１４】実施例７〜１０の分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を示す特性図である。
【図１５】図１５Ａ〜図１５Ｅは、第６の実施の形態に係る光デバイスの製造方法を示す工程図（その１）である。
【図１６】図１６Ａ〜図１６Ｄは、第６の実施の形態に係る光デバイスの製造方法を示す工程図（その２）である。
【図１７】図１７Ａ〜図１７Ｄは、第６の実施の形態に係る光デバイスの製造方法を示す工程図（その３）である。
【図１８】図１８Ａ及び図１８Ｂは、第７の実施の形態に係る光デバイスの製造方法の一部の工程を示す図である。
【図１９】第８の実施の形態に係る光デバイスの分岐部における構成を示す断面図である。
【図２０】第９の実施の形態に係る光デバイスの分岐部における構成を示す断面図である。
【図２１】第１０の実施の形態に係る光デバイスの分岐部における構成を示す断面図である。
【図２２】第１１の実施の形態に係る光デバイスの分岐部における構成を示す断面図である。
【図２３】従来例に係る光デバイスの構成を示す平面図である。
【図２４】理想例と従来例１〜３の分岐角度による分岐比の変化の測定結果を示す特性図である。
【図２５】理想例と従来例１〜３の分岐角度による過剰損失の変動の測定結果を示す特性図である。
【符号の説明】
１０Ａ〜１０Ｋ…光デバイス                １２…基板
１４…クラッド層                          １６…光導波路（コア層）
２２…第１の光導波路                      ２４…第２の光導波路
２４ａ…第２の光導波路の一部              ２４ｃ…第２の光導波路の一端
２４ｆ…第２の光導波路の端部
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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