(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波路の実効屈折率が順に増加する導波路アレイからなる平面導波路素子であって、
導波路アレイ中の複数の導波路に入射する入射光は、隣接導波路間の位相差が−π／８＋２ｍπ以上、π／８＋２ｍπ以下（ｍは整数）となるように入射し、
前記導波路アレイと入射端面の間に、少なくとも入射光の広がり幅よりも広い導波路アレイからなる入射導波路領域が設けられ、
前記入射導波路領域には、導波路の屈折率を変化させることで光の位相を調整する位相調整領域が設けられており、
前記位相調整領域は、入射導波路領域に設けられた隣接導波路間の光の位相差が０となるように補正する、平面導波路素子。
【請求項２】
前記平面導波路素子への入射光は、平面導波路素子を構成する導波路に対して平行に入射される、請求項１に記載の平面導波路素子。
【請求項３】
前記平面導波路素子を構成する導波路は、入射端面に対して垂直に形成されている、請求項１または２に記載の平面導波路素子。
【請求項４】
前記平面導波路素子を構成する導波路は、へき開面に対して垂直または平行となるように形成されている、請求項３に記載の平面導波路素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光スイッチおよび分波器として利用される平面導波路素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットの普及による通信需要の爆発的な増加にともなって、ネットワークの伝送速度が飛躍的に増大している。この速度増加に対応するため、銅線によるネットワークが構築されてきた加入者系においても、光によるネットワークの構築が進んでいる。
【０００３】
加入者系での光によるネットワーク構築には、通信機器のコスト低減や小型化のために、通信機器内部で用いられる光部品の小型化および高集積化が求められている。光部品には、発光素子や受光素子、光スイッチ、分波器などがある。そのうち、光スイッチおよび分波器として光学的ブロッホ振動（Optical Bloch Oscillation,  ＯＢＯ）を利用した平面導波路素子が提案されている。
【０００４】
ＯＢＯとは、導波路アレイの各導波路の実効屈折率を順に増加させたときに、導波路アレイに入射した光が、導波路を伝播しながら導波路とは垂直な方向に伝播方向を変え、導波路アレイ内を振動しながら伝播する現象である。これにより、入射した導波路とは違う導波路から、光線を出射することが可能となる。
【０００５】
ＯＢＯは、入射光の波長、実効屈折率の増加量、隣接導波路間のモードの結合定数のうちの少なくともひとつを変化させることにより、光が出射される位置が変わる。そのため、ＯＢＯを利用した平面導波路素子は分波器および光スイッチとなる。以上のようなＯＢＯを用いた平面導波路素子は、非特許文献１および２に示されている。
【０００６】
非特許文献１では、ポリマーで作製したストリップ型構造の導波路による導波路アレイにおいて、導波路が伸びる方向と垂直方向に温度勾配を形成することで、ＯＢＯを用いた平面導波路素子を作製している。
【０００７】
図２０は非特許文献１における平面導波路素子の平面図である。図２０に示す平面導波路素子は、無機有機コポリマーで作製されたコア５１、無機有機コポリマーで作製されたクラッド５２、ヒーター５３、クーラー５４を有している。
【０００８】
図２１は図２０のXXI−XXI線における断面図である。コア５１およびクラッド５２は、酸化シリコン基板５５上に設けられている。この平面導波路素子においては、コア５１を等間隔で並べることで導波路アレイを形成している。その導波路アレイの両端には、ヒーター５３とクーラー５４が設けられている。ヒーター５３とクーラー５４により導波路アレイに温度勾配が形成される。
【０００９】
非特許文献１に記載の平面導波路素子においては、温度上昇によりポリマーの屈折率が減少する熱光学効果により、導波路アレイにおけるヒーター５３からの距離に比例して、導波路の屈折率が線形に増加することを利用して、ＯＢＯを引き起こしている。非特許文献１には、導波路に入射する入射光に関しては、入射角度や、入射光の波面などの位相についてはなんら記載されていない。
【００１０】
また、非特許文献２では、ＡｌＧａＡｓ（アルミニウムガリウムヒ素）のリッジ構造からなる導波路を基本構成として、導波路アレイを作製している。この導波路アレイは、導波路と垂直な方向に、各導波路のリッジ幅を順番に増すことで、導波路の実効屈折率が線形に増加する構成である。このような構造はチャープ型導波路アレイと呼ばれる。
【００１１】
この非特許文献２に記載の平面導波路素子では、チャープ型導波路アレイによる、各導波路の実効屈折率の線形増加を利用して、ＯＢＯを引き起こしている。非特許文献２でも、導波路に入射する入射光に関しては、入射角度や、入射光の波面などの位相については何ら記載されていない。
【非特許文献１】T.Pertsch, P.Dannberg, W.Elflein, A.Brauer, and F.Lederer, “Optical Bloch Oscillations in Temperature Tuned Waveguide Arrays”, Physical Review Letters, vol.83, No.23, pp.4752-4755(1999)
【非特許文献２】R.Morandotti, U.Peschel, J.S.Aitchison, H.S.Eisenberg, and Y.Silberberg, “Experimental Observation of Linear and Nonlinear Optical Bloch Oscillations”, Physical Review Letters, vol.83, No.23, pp.4756-4759(1999)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、ＯＢＯを用いた従来の平面導波路素子では次のような課題があった。従来の平面導波路素子で出射光を観測したところ、その出射位置が素子ごとに大きく変化してしまった。すなわち、特性の再現性が十分でなかった。また、得られた出射光の強度も、素子ごとに変化してしまい、再現性がないという問題があった。
【００１３】
この出射光の位置、および、出射光の強度に再現性がないことは、素子の歩留まりの低下につながる。
【００１４】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、出射光の位置や強度が再現よく得られるＯＢＯを用いた平面導波路素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明に基づいた平面導波路素子のある局面に従えば、導波路の実効屈折率が順に増加する導波路アレイからなる平面導波路素子であって、導波路アレイ中の複数の導波路に入射する入射光は、隣接導波路間の位相差が−π／８＋２ｍπ以上、π／８＋２ｍπ以下（ｍは整数）となるように入射する。
【００１６】
上記平面導波路素子において、上記平面導波路素子への入射光は、平面導波路素子を構成する導波路に対して平行に入射させてもよい。
【００１７】
上記平面導波路素子において、上記平面導波路素子を構成する導波路は、入射端面に対して垂直に形成してもよい。
【００１８】
上記平面導波路素子において、上記平面導波路素子を構成する導波路は、へき開面に対して垂直または平行となるように形成されていてもよい。
【００１９】
上記平面導波路素子において、上記導波路アレイと入射端面の間に、少なくとも入射光の広がり幅よりも広い導波路アレイからなる入射導波路領域が設けられ、上記入射導波路領域には、導波路の屈折率を変化させることで光の位相を調整する位相調整領域が設けられていてもよい。
【００２０】
この発明に基づいた平面導波路素子の他の局面に従えば、導波路の実効屈折率が順に増加する導波路アレイからなる平面導波路素子であって、いずれかひとつの上記導波路に入射する入射光は、上記導波路の入射端面の一方の端部と他方の端部との間における位相差が−π／８以上、π／８以下となるように入射される。
【００２１】
上記平面導波路素子において、上記平面導波路素子への入射光は、上記平面導波路素子を構成する導波路に対して平行に入射させてもよい。
【００２２】
上記平面導波路素子において、上記平面導波路素子を構成する導波路は、入射端面に対して垂直に形成してもよい。
【００２３】
上記平面導波路素子において、上記平面導波路素子を構成する導波路は、へき開面に対して垂直または平行となるように形成されていてもよい。
【００２４】
上記平面導波路素子において、上記導波路アレイと入射端面の間にテーパー型入射導波路領域が設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、出射光の位置や強度の再現性に優れた平面導波路素子を構成することができ、歩留まりを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
発明者らは鋭意研究を行なうことで、平面導波路素子への入射モードが複数の導波路にわたって広がっている場合、出射光の位置は、入射時の隣接導波路間の光の位相差の影響を受けることを見出した。
【００２７】
この位相差は、導波路へ光が入射する際に、導波路が延びる方向と入射光の入射方向とが平行からずれることによって生じる入射角に起因している。つまり、入射角により隣接導波路との間に光路長の差ができ、光路長の差が隣接導波路間での位相差として現れ、ＯＢＯの出射位置を変えることを見出した。
【００２８】
したがって、隣接導波路間の位相差を十分小さくすることにより平面導波路素子の出射位置の再現性が向上する。
【００２９】
一方、平面導波路素子の出射光の強度も、入射角が影響していることを見出した。入射角が生じることにより、ある導波路の入射端面において光路長の分布が生じる。この光路長の分布が導波路断面における両端での位相差として現れる。この位相差が、ＯＢＯによる伝播方向の振動成分以外の光の成分を生じさせ、この光が素子の外へもれ、平面導波路素子の出射強度が低下する。
【００３０】
したがって、導波路の両端の位相差を十分小さくすることにより平面導波路素子の出射強度が向上し、再現性が向上する。
【００３１】
以下、上記の全く新しい知見に基づいてなされた本発明に係る各実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に示す各実施の形態においては、同一または相当する構成には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００３２】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るＡｌＧａＡｓを用いたチャープ型導波路アレイからなる平面導波路素子の平面図である。
【００３３】
図１に示す平面導波路素子は、上部クラッド層１、導波路間の溝部２、入射端面３を有している。図１には、併せて入射光４、出射光５、伝播光６を示す。
【００３４】
上部クラッド層１はストライプ状に形成されて、導波路となり、その幅は、導波路番号が大きくなるにしたがって広くなっている。この導波路の幅の増加は、隣接導波路との実効屈折率の差が一定値で増加するように設定されている。
【００３５】
また、導波路の中心間距離は、導波路番号が大きくなるにしたがって短くなり、これは隣接導波路との結合定数が一定となるように設定されている。なお、本実施の形態では、導波路番号（１）の上部クラッド層１の幅は２．０μｍ、導波路番号（２５）の上部クラッド層１の幅は３．４μｍである。
【００３６】
一方、導波路番号（１）から（２）の間では、導波路の中心間距離は５．５μｍであり、導波路番号（２４）から（２５）の間では導波路の中心間距離は５．１μｍとなっている。この平面導波路素子の導波路が延びる方向の長さは６０００μｍであり、導波路の延びる方向に垂直方向の幅は１３０μｍである。
【００３７】
図１に示される平面導波路素子に入射した入射光４は、導波路アレイ内を伝播光６で示されるように伝播し、出射光５として出射する。
【００３８】
図２は図１のII−II線における断面図である。図２に示す平面導波路素子は、さらにコア層７、下部クラッド層８、基板９を有する。上部クラッド層１および下部クラッド層８はＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ、コア層７はＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ、基板９はＧａＡｓ（ガリウムヒ素）で構成されている。
【００３９】
基板９に対して、下部クラッド層８、コア層７、上部クラッド層１の順に積層されている。それぞれの層の厚さは、あくまでも一例であるが、下部クラッド層８が４．０μｍ、コア層７が１．５μｍ、上部クラッド層１が１．５μｍである。導波路間の溝部２の深さは１．５μｍである。
【００４０】
本実施の形態での入射光４は、波長が１．５５μｍであり、導波路番号（１１）から（１４）の４本の導波路にわたって広がって、入射端面３から入射している。
【００４１】
本実施の形態における平面導波路素子では、入射光４が入射する入射端面３に対して、導波路が垂直に延びる導波路アレイ構造を用いる。入射光４を入射端面３に対して垂直に入射させることで、入射光４は導波路に対して平行となる。
【００４２】
なお、入射端面３と導波路とを垂直にするために、へき開面に対して垂直もしくは平行となるように導波路を作製し、へき開面を入射端面３として用いる。この構成で入射角は０°となり、隣接導波路間の位相差は０となる。
【００４３】
次に、図３から図８を参照して図１および２における平面導波路素子の作製方法を説明する。図３から図８は、実施の形態１に係るチャープ型導波路アレイからなる平面導波路素子の作製工程を示す図である。
【００４４】
まず、図３に示すように下部クラッド層８、コア層７、上部クラッド層１を基板９上に順に積層したウェハーを、ウェハー端面１０，１１の近傍でへき開させ、互いに直交するへき開面１２，１３を形成する。
【００４５】
次に、図４に示すように、下部クラッド層８、コア層７および、上部クラッド層１が順番に積層された基板９の上部クラッド層１の上にレジスト１４を塗布する。
【００４６】
続いて、図５に示すように、通常のフォトリソグラフィーを用いて、導波路を形成するためのパターンをレジスト１４に形成する。このとき、レジストパターンは、図１に示される上部クラッド層１のパターンとなるようにストライプ状に形成する。ここで、このストライプはへき開面１２に垂直かつ、へき開面１３と平行となるように形成される。
【００４７】
続いて、図６に示すように、上述のレジストパターンが形成されたレジスト１４をエッチングマスクとして用いて、上部クラッド層１を通常のドライエッチングにより除去する。
【００４８】
最後に、残ったレジスト１４を剥離液で除去することにより、図７に示される断面を有し、図８で示される平面構造を有する導波路アレイウェハーが完成する。
【００４９】
このウェハーを、へき開面１２と平行となるように、一定間隔でへき開し、このへき開面を入射端面３とすることで、平面導波路素子が完成する。
【００５０】
図９は、平面導波路素子に入射する入射光の隣接導波路間の位相差と出射導波路番号との関係を示す図である。ここでは入射角を０°からずらすことで位相差を設けており、π／８の位相差は１．０５°、π／４の位相差は２．１０°の入射角に相当する。
【００５１】
なお、入射角を０°からずらすことにより、隣接導波路間に光路長の差が生じる。ここでは、この光路長の差により位相差を発生させている。
【００５２】
図９より、隣接導波路間の位相差の絶対値がπ／８以下であれば、導波路番号（１３）の導波路に入射した光の出射光は、導波路番号（２０）の導波路から出射し一定である。しかし、隣接導波路間の位相差が±π／４のときは、導波路番号（１３）の導波路に入射した光の出射光は、導波路番号（１７）の導波路から出射し、隣接導波路間の位相差が±π／２のときは、出射光は、光が入射された導波路と同じ導波路番号（１３）の導波路から出射する。図９に示すグラフの形状は位相差に関して２πの周期で繰り返される。
【００５３】
以上の結果から、平面導波路素子から出射光を再現よく出射させるためには、光を入射させるときの隣接導波路との位相差が、−π／８＋２ｍπ以上、π／８＋２ｍπ以下（ｍは整数）であることが好ましい条件となる。より理想的には位相差が−π／８からπ／８となることである。
【００５４】
本実施の形態における平面導波路素子は、へき開により形成された入射端面３と導波路を垂直に形成し、導波路に平行に光を入射することを特徴としている。これにより導波路に対して光の入射角を０°（入射端面３に直角）とすることができる。これにより隣接導波路間に光路長差が生じず、入射時の隣接導波路との位相差を０としている。
【００５５】
隣接導波路間の光路長差は、入射光の入射角が０°であっても、入射端面３と導波路が垂直からずれている場合、光路長に差が生じ、入射光の隣接導波路間の位相差は０とならない。そのため、導波路を入射面と垂直に形成し、入射光の入射角を０°とすることで、隣接導波路間の位相差が０となり、所定の導波路番号からの出射光を再現よく得ることができる。
【００５６】
なお、本実施の形態では、ＯＢＯを引き起こす導波路の構造として、チャープ型導波路アレイを用いた。ＯＢＯを引き起こす構造であれば本実施の形態の形式のものに限らず、たとえば均一な導波路幅と導波路間隔を有する導波路アレイに屈折率勾配を形成した構造であってもかまわない。この屈折率勾配は、温度勾配により形成できる。
【００５７】
本実施の形態では、導波路部の高さと幅、および導波路の間隔を例示して説明したが、ＯＢＯが発生するのであればこれに限られるものではない。
【００５８】
さらに平面導波路素子は左右反転して、導波路番号の小さい側が大きい側よりも導波路の幅が広い構造としてもかまわない。
【００５９】
本実施の形態では、素子を作製するとき、２つのへき開面１２，１３を形成したが、へき開面は１つでもかまわない。へき開面が１つのときは、導波路がへき開面に対して平行もしくは垂直のどちらか一方となるようにストライプの方向を設定すればよい。
【００６０】
また、本実施の形態ではコア層やクラッド層の材料をＡｌＧａＡｓとしたが、入射光に対して透明な材料であれば、ポリマー、Ｓｉ（シリコン）、ＩｎＧａＡｓＰ（インジウムガリウムヒ素リン）を用いてもかまわない。また、クラッド層は空気でもよい。
【００６１】
さらに、入射光の広がり幅は、導波路４本分に限るものではない。
（実施の形態２）
図１０は本発明の実施の形態２に係るＡｌＧａＡｓを用いたチャープ型導波路アレイからなる平面導波路素子の平面図である。図１１は図１０のXI−XI線における断面図、図１２は図１０のXII−XII線における断面図である。
【００６２】
本実施の形態のチャープ型導波路アレイは、本実施の形態１と同じであるが、この導波路アレイと入射端面３との間に入射導波路領域２１ａ〜２１ｄを設けた点が実施の形態１とは異なる。
【００６３】
本実施の形態では実施の形態１と同様に、チャープ型導波路アレイによりＯＢＯを発生させている。その前面に設けられた４本の入射導波路領域２１ａ〜２１ｄの幅は２．５μｍであり、入射導波路の中心間距離は５．３μｍである。また、入射導波路領域２１ｂ〜２１ｄの３本の導波路には、位相差調整領域２２ａ〜２２ｃが設けられている。
【００６４】
また、図１１および図１２に示されるように入射導波路領域２１ａ〜２１ｄの外側では、下部クラッド層８までエッチングされている。
【００６５】
本実施の形態において、入射光２３はチャープ型導波路アレイの４本の導波路に相当する広がりを有している。入射導波路領域２１ａ〜２１ｄに入射された入射光２３は、４本の導波路をそれぞれ伝播する４本の光に分かれる。入射光２３は、伝播光２６として平面導波路素子内を伝播し、出射光２５となる。このとき、入射光２３の入射角に依存して、それぞれの入射導波路領域２１ａ〜２１ｄを伝播する光の間には位相差が生じる。
【００６６】
ここで、入射導波路領域２１ａを伝播する光の位相と一致するように、位相差調整領域２２ａ〜２２ｃにより、位相差調整領域つき入射導波路領域２１ｂ〜２１ｄを伝播する光の位相が調整される。その結果、図１２で示される入射導波路領域と導波路アレイとの接続部の光２４ａ〜２４ｄの間の位相差は０となる。なお、位相差調整領域２２ａ〜２２ｃでの位相差調整手段は、可視領域のレーザー光照射により媒質の屈折率が変化する熱光学効果を利用している。
【００６７】
以上により、本実施の形態では入射導波路領域をチャープ型導波路アレイの前面に設けることで、入射端面３への入射光の入射時に位相差が存在しても、位相差調整領域にて位相を調整することができる。これにより入射光を導波路に対して厳密に平行にあわせる必要はなく、チャープ型導波路アレイに位相差０で光を入射することが可能となる。
【００６８】
なお、本実施の形態では位相差の調整を、レーザー光照射によって屈折率が変化することで実現したが、本実施の形態に限らず、たとえばヒーターによる温度変化や、電圧印加による導波路内部でのキャリア濃度の変化などで屈折率を変化させてもかまわない。
【００６９】
さらに、本実施の形態では、下部クラッド層までエッチングすることで、４本の入射導波路へ入射光を分けているが、各入射導波路領域に入射光を分けることができれば、エッチングの深さは、本実施の形態の構成に限らない。
【００７０】
また、本実施の形態では、入射導波路領域は４本としたが、入射光の幅に合わせて本数を増減してもかまわない。
【００７１】
本実施の形態では、位相差調整領域を設けない入射導波路領域は２１ａとした。位相差調整領域を設けない入射導波路領域が１本あれば、その位置は、本実施例の構成に限らない。また、すべての入射導波路領域に、位相差調整領域を設けてもよい。
【００７２】
（実施の形態３）
図１３は本発明の実施の形態３に係るＡｌＧａＡｓを用いたチャープ型導波路アレイからなる平面導波路素子の平面図である。図１４は図１３のXIV−XIV線における断面図であり、図１５は図１３のXV−XV線における断面図である。
【００７３】
本実施の形態で用いたチャープ型導波路アレイは、実施の形態１と同じであるが、入射光３１の広がり幅が実施の形態１の入射光４より狭く、導波路１本分の広がりを持つことが、実施の形態１と異なっている。この場合、平面導波路素子に入射する入射光３１は、チャープ型導波路アレイを伝播光３３ａ，３３ｂとして伝播し、出射光３２ａ，３２ｂとなって２つに分岐して出射される。
【００７４】
本実施の形態における平面導波路素子では、実施の形態１と同様に、まず各導波路が、入射光４が入射する入射端面３に対して垂直である導波路アレイ構造を用いる。さらに入射光４は、導波路に対して平行に入射している。この構成により入射角は０°となる。
【００７５】
ここで、入射光が入射する１本の導波路の、入射端面の両端（図１５にＥ１およびＥ２で示す）の間の位相差による、出射光への影響を調べた。図１６は、ある導波路の入射端面における一方の端部と他方の端部との間の、位相差と出射光強度比との関係を示す図である。
【００７６】
図１６に示されるように、ある導波路の入射端面の両端での位相差の絶対値がπ／８以下であれば、出射光の強度は低下しないが、両端での位相差の絶対値がπ／８以上では光の伝播方向に垂直な方向に光が漏れて、出射光の強度が低下することがわかった。なお、ここでの位相差は入射角を０°からずらして、入射端面の両端の光路長差を設けることで発生させている。
【００７７】
以上の結果から、出射光の強度を低下させないためには、ある導波路の入射端面の両端の位相差の絶対値が、π／８以下であることが好ましい。
【００７８】
本実施の形態における平面導波路素子は、入射端面３と導波路を垂直にし、導波路に平行に光が入射することを特徴としている。これにより導波路に対して光の入射角を０°とすることができ、導波路の両端で位相差がつかないようになっている。
【００７９】
導波路の両端の光路長差は、入射光の入射角が０°であっても、入射端面３と導波路が垂直からずれている場合、光路長に差が生じ、導波路の両端における光の位相差は０とならない。そのため、導波路を入射端面３と垂直に形成し、入射光を導波路に平行に入射することで、光の伝播方向に垂直な方向に漏れる光が消えて、光を効率的に出射することができる。
【００８０】
なお、本実施の形態では、ＯＢＯを発生させる導波路の構造として、チャープ型導波路アレイを用いたが、ＯＢＯを発生させる構造であれば本実施の形態で示したものに限定されない。たとえば均一な導波路幅と導波路間隔を有する導波路アレイに屈折率勾配を形成した構造であってもかまわない。
【００８１】
（実施の形態４）
図１７は本発明の実施の形態４に係るＡｌＧａＡｓを用いたチャープ型導波路アレイからなる平面導波路素子の平面図である。図１８は図１７のXVIII−XVIII線における断面図、図１９は図１７のXIX−XIX線における断面図である。
【００８２】
本実施の形態で用いたチャープ型導波路アレイは実施の形態３と同じであるが、この導波路アレイと入射端面３との間に、テーパー型入射導波路領域４１を設けた点が実施の形態３とは異なる。このテーパー型入射導波路領域４１は、導波路の中心線がチャープ型導波路アレイの各導波路と平行となるように形成されている。
【００８３】
本実施の形態では実施の形態３と同様に、チャープ型導波路アレイによりＯＢＯを発生させている。その前面に設けられたテーパー型入射導波路領域４１は、光の伝播方向の長さが１０００μｍ、入射端面３での幅は１０μｍであり、テーパー角度θは０．５７３°である。
【００８４】
テーパー型入射導波路領域４１は、導波路アレイに近づくにつれ、幅が狭くなって、図１９のテーパー型入射導波路領域４１と導波路アレイの接続部の幅は、導波路と同じ２．５μｍである。また、図１８および図１９に示されるように、テーパー型入射導波路領域４１の外側では、下部クラッド層８までエッチングされている。
【００８５】
本実施の形態においてテーパー型入射導波路領域４１に入射された入射光４２の広がりは、テーパー型導波路の幅にしたがって狭くなる。その結果、図１９に示されるように入射導波路領域と導波路アレイとの接続部の光４３は、１本の導波路幅と同じとなり、１本の導波路に光を導波路と平行に入射することができる。
【００８６】
本実施の形態では、入射光４２の広がりをテーパー型入射導波路領域４１の幅程度に広げて入射できるので、実施の形態３に比べて、入射光を狭くして、入射端面３に入射するための光学系の調整が容易になるというメリットがある。
【００８７】
テーパー型入射導波路領域４１への入射光の入射角が０°でない場合、テーパー型入射導波路領域４１内で位相差のない光のみが伝播するため、入射導波路領域と導波路アレイとの接続部では入射角の影響がなくなり、導波路の両端で位相差のない入射が可能となる。また、テーパー型入射導波路領域４１のテーパー角度は０．５７３°であり、十分小さいため、テーパーによる光強度の低下も起こらない。
【００８８】
以上により、テーパー型入射導波路領域４１をチャープ型導波路アレイの前面に設けることで、入射光を１本の導波路に入射することができ、光を効率的に出射することができる。
【００８９】
なお、本実施の形態では、下部クラッド層８までエッチングすることで、テーパー型入射導波路領域４１を作製しているが、入射導波路領域と導波路アレイとの接続部の光４３が導波路アレイの１本の導波路の幅となれば、エッチングの深さは本実施の形態の構成に限らない。
【００９０】
また、テーパー型入射導波路領域４１の長さと幅を例示したが、光強度が低下せず、位相差が０で、１本の導波路に入射できる構造であれば、本実施の形態に限らず、他の大きさやテーパー角度でもかまわない。
【００９１】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】この発明に基づいた実施の形態１におけるＡｌＧａＡｓを用いたチャープ型導波路アレイからなる平面導波路素子の平面図である。
【図２】この発明に基づいた実施の形態１における平面導波路素子の図１のII−II線における断面図である。
【図３】この発明に基づいた実施の形態１におけるチャープ型導波路アレイからなる平面導波路素子の作製工程を示す平面図である。
【図４】この発明に基づいた実施の形態１におけるチャープ型導波路アレイからなる平面導波路素子の作製工程を示す断面図である。
【図５】この発明に基づいた実施の形態１におけるチャープ型導波路アレイからなる平面導波路素子の作製工程を示す断面図である。
【図６】この発明に基づいた実施の形態１におけるチャープ型導波路アレイからなる平面導波路素子の作製工程を示す断面図である。
【図７】この発明に基づいた実施の形態１におけるチャープ型導波路アレイからなる平面導波路素子の作製工程を示す断面図である。
【図８】この発明に基づいた実施の形態１におけるチャープ型導波路アレイからなる平面導波路素子の作製工程を示す導波路アレイウェハーの平面図である。
【図９】この発明に基づいた実施の形態１における平面導波路素子に入射する入射光の隣接導波路間の位相差と出射導波路番号との関係を示す図である。
【図１０】この発明に基づいた実施の形態２におけるＡｌＧａＡｓを用いたチャープ型導波路アレイからなる平面導波路素子の平面図である。
【図１１】この発明に基づいた実施の形態２における平面導波路素子の図１０のXI−XI線における断面図である。
【図１２】この発明に基づいた実施の形態２における平面導波路素子の図１０のXII−XII線における断面図である。
【図１３】この発明に基づいた実施の形態３におけるＡｌＧａＡｓを用いたチャープ型導波路アレイからなる平面導波路素子の平面図である
【図１４】この発明に基づいた実施の形態３における平面導波路素子の図１３のXIV−XIV線における断面図である。
【図１５】この発明に基づいた実施の形態３における平面導波路素子の図１３のXV−XV線における断面図である。
【図１６】この発明に基づいた実施の形態３における、ある導波路の入射端面における一方の端部と他方の端部との間の、位相差と出射光強度比との関係を示す図である。
【図１７】この発明に基づいた実施の形態４におけるＡｌＧａＡｓを用いたチャープ型導波路アレイからなる平面導波路素子の平面図である
【図１８】この発明に基づいた実施の形態４における平面導波路素子の図１７のXVIII−XVIII線における断面図である。
【図１９】この発明に基づいた実施の形態４における平面導波路素子の図１７のXIX−XIX線における断面図である。
【図２０】従来の平面導波路素子を示す平面図である。
【図２１】従来の平面導波路素子を示す図２０のXXI−XXI線における断面図である。
【符号の説明】
【００９３】
１  上部クラッド層、２  溝部、３  入射端面、４  入射光、５  出射光、６  伝播光、７  コア層、８  下部クラッド層、９  基板、１０，１１  ウェハー端面、１２，１３  へき開面、１４  レジスト、２１ａ〜２１ｄ  入射導波路領域、２２ａ〜２２ｄ  位相差調整領域、２３  入射光、２４ａ〜２４ｄ  入射導波路領域と導波路アレイとの接続部の光、３１  入射光、３２ａ，３２ｂ  出射光、３３ａ，３３ｂ  伝播光、４１  テーパー型入射導波路領域、４２  入射光、４３  入射導波路領域と導波路アレイとの接続部の光、５１  コア、５２  クラッド、５３  ヒーター、５４  クーラー、５５  基板。
【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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