(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板に光導波路が形成された光デバイスであって、
前記光導波路と光ファイバが接続される入出力部を備え、
前記入出力部の少なくとも一方には、前記光導波路に応力を付与して前記入出力部の少なくとも一方における前記光導波路の光強度形状を前記光ファイバの光強度形状に近づけるように前記光導波路の屈折率を低減する応力層が設けられており、
前記応力層は、テーパ状に形成され、
前記光導波路への前記応力は、前記入出力部の少なくとも一方から電極が設けられた制御部に向かって弱くなることを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
請求項１記載の光デバイスであって、
前記応力層は、前記入出力部の少なくとも一方の表面近傍の屈折率を低減す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記載の光デバイスであって、
前記光導波路への前記応力は、前記応力層の熱応力により形成されることを特徴とする光デバイス。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれか一項記載の光デバイスであって、
前記応力層の幅が前記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５】
請求項１乃至３いずれか一項記載の光デバイスであって、
前記応力層の厚さが前記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６】
請求項１乃至５いずれか一項記載の光デバイスであって、
前記誘電体基板が、正の光弾性定数を有する材質から成り、前記応力層の熱膨張係数は、前記誘電体基板の熱膨張係数よりも大きい場合は、
前記応力層は、前記入出力部の少なくとも一方において、前記光導波路を挟むように設けられていることを特徴とする光デバイス。
【請求項７】
請求項１乃至５いずれか一項記載の光デバイスであって、
前記誘電体基板が、負の光弾性定数を有する材質から成り、前記応力層の熱膨張係数は、前記誘電体基板の熱膨張係数よりも小さい場合は、
前記応力層は、前記入出力部の少なくとも一方において、前記光導波路を挟むように設けられていることを特徴とする光デバイス。
【請求項８】
請求項１乃至５いずれか一項記載の光デバイスであって、
前記誘電体基板が、正の光弾性定数を有する材質から成り、前記応力層の熱膨張係数は、前記誘電体基板の熱膨張係数よりも小さい場合は、
前記応力層は、前記入出力部の少なくとも一方において、前記光導波路の上に設けられていることを特徴とする光デバイス。
【請求項９】
請求項１乃至５いずれか一項記載の光デバイスであって、
前記誘電体基板が、負の光弾性定数を有する材質から成り、前記応力層の熱膨張係数は、前記誘電体基板の熱膨張係数よりも大きい場合は、
前記応力層は、前記入出力部の少なくとも一方において、前記光導波路の上に設けられていることを特徴とする光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光デバイスに関し、より具体的には、光通信及び光信号処理等の技術分野において用いられる光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年光通信システムの実用化が進むにつれ、さらに大容量、高機能のシステムが要求されるようになり、より高速の光波の変調器や光スイッチ等の光デバイスが必要となっている。このような光デバイスにおいては、高速性とともに低損失性、低電圧性が重要となる。
【０００３】
高速の光デバイスとして、大きな電気光学係数を有するニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）結晶等の基板中に導波路を形成し、電気光学効果を利用して電界で変化させることにより導波路の屈折率分布を制御する方式の光制御素子があり、光スイッチや光変調器などが報告されている。
【０００４】
これら素子に低損失な光導波路を形成する方法として、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）結晶中にチタン（Ｔｉ）等の金属を拡散した光導波路においては、波長１５５０ｎｍに対して０．１ｄＢ／ｃｍ以下の低伝搬損失が得られている。
【０００５】
ところが、このような拡散導波路（光導波路）を用いた光デバイスを光ファイバ伝送系に用いるためには、光ファイバとの結合損失を考慮する必要がある。
【０００６】
また、誘電体基板にフェムト秒レーザや高強度レーザを用いて立体的な光導波路を作成した場合、その導波路の断面は楕円になることが知られており、前述の拡散導波路と同様な結合損失を考慮する必要がある。
【０００７】
図１は、従来の、光ファイバを伝搬する光の強度分布と光導波路素子の拡散導波路を伝搬する光の強度分布を示した図である。
【０００８】
図１（ａ）に示すように、光ファイバを伝搬する光の強度（モード）分布は円形であるのに対して、図１（ｂ）に示すように、拡散導波路を用いた光デバイスでは基板と垂直の方向（基板深さ方向）と基板と水平の方向との屈折率分布が異なるため、光の強度分布は円形とは大きく異なり略楕円状となっている。
【０００９】
図２は、従来の光デバイスにおいて、基板と垂直の方向（基板深さ方向）又は基板と水平の方向の屈折率の変化の分布を示したグラフである。上述の、拡散導波路における光の強度分布は拡散の原理的なものから定まるが、拡散導波路は上部から原子を拡散して形成されているため、図２（ｂ）に示すように、基板に水平方向の屈折率の変化の分布は略中心対称形であるのに対して、図２（ａ）に示すように、基板と垂直の方向（基板深さ方向）の屈折率の変化の分布は基板表面に偏っている。このため、光ファイバ間に拡散導波路を挿入すると、入出力部合わせて２ｄＢ程度の結合損失が発生してしまう。
【００１０】
従って、拡散導波路と光ファイバの結合損失を低減するためには、光入出力部において拡散導波路の屈折率の変化の分布を、光ファイバの光強度分布のように略円形に近づける必要がある。
【００１１】
一方、光制御部においては、印加電界の強度が大きい電極近傍に光強度分布を偏っている方が、電界印加効率が良い。
【００１２】
これらの問題に対応するため、特許文献１にはチタン（Ｔｉ）拡散導波路を形成した上から、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を追拡散して表面の屈折率を低減する方法が提案されている。
【００１３】
なお、そのほか、特許文献２では、基板上に入力用導波路と複数の出力用導波路とスラブ導波路とが形成され、前記スラブ導波路が入射端及び出射端を有し、前記出射端が前記入射端又はその近傍を中心とする円弧状を呈し、前記入射端に前記入力用導波路が接続され、前記出射端に複数の出力用導波路が接続された導波路型光スプリッタが提案されている。かかる導波路型光スプリッでは、開口幅の狭まった狭幅テーパ導波路を介して、入射端に入力用導波路が接続されている。
【００１４】
また、特許文献３では、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）から成る基板に光導波路が形成され、前記光導波路はチタン（Ｔｉ）の熱拡散により形成されている構造が提案されている。更に、特許文献４では、半導体基板上に設けられた光ガイド層を含み、表面に複数の電極がテーパ状に形成されて成る進行波型の光増幅装置であって、前記複数の電極が、それぞれの相互間に光の進行方向に沿って電気的な分離領域を成すように分割配置されている光増幅装置が提案されている。
【特許文献１】特開昭６２−１０３６０４号公報
【特許文献２】特開２００５−２８４２５６号公報
【特許文献３】特許２７９３５６２号公報
【特許文献４】特許２８１７７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献１に示す工程では、チタン（Ｔｉ）を拡散した後に、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の成膜、熱拡散をしなければならず、工程数が増加する。
【００１６】
また、誘電体基板としてニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を用いた場合には、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が拡散することでニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）の内部から酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）の外拡散が起こることが予想される。従って、所望の屈折率分布を制御することが困難である。
【００１７】
更に、例えば、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）の外拡散が過剰に起こると、結晶のリチウム（Ｌｉ）／ニオブ（Ｎｂ）比が変化するため、電気光学係数が減少することが予想される。
【００１８】
そこで、本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、光入出力部（光デバイスと光ファイバとの結合部）の少なくとも一方では、光導波路の光強度分布を光ファイバの光強度分布に略一致させることができ、結合損失の少ない光デバイスを提供することを本発明の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の一観点によれば、誘電体基板に光導波路が形成された光デバイスであって、前記光導波路と光ファイバが接続される入出力部を備え、前記入出力部の少なくとも一方には、前記光導波路に応力を付与して前記入出力部の少なくとも一方における前記光導波路の光強度形状を前記光ファイバの光強度形状に近づけるように前記光導波路の屈折率を低減する応力層が設けられており、前記応力層は、テーパ状に形成され、前記光導波路への前記応力は、前記入出力部の少なくとも一方から電極が設けられた制御部に向かって弱くなることを特徴とする光デバイスが提供される。
【００２０】
前記応力層は、前記入出力部の少なくとも一方の表面近傍の屈折率を低減することとしてもよい。また、前記光導波路への前記応力は、前記応力層の熱応力により形成されることとしてもよい。
【００２１】
前記応力層の幅が前記テーパ状になっていてもよい。また、前記応力層の厚さが前記テーパ状になっていてもよい。
【００２２】
前記誘電体基板が、正の光弾性定数を有する材質から成り、前記応力層の熱膨張係数は、前記誘電体基板の熱膨張係数よりも大きい場合は、前記応力層は、前記入出力部の少なくとも一方において、前記光導波路を挟むように設けられていてもよい。また、前記誘電体基板が、負の光弾性定数を有する材質から成り、前記応力層の熱膨張係数は、前記誘電体基板の熱膨張係数よりも小さい場合は、前記応力層は、前記入出力部の少なくとも一方において、前記光導波路を挟むように設けられていてもよい。
【００２３】
更に、前記誘電体基板が、正の光弾性定数を有する材質から成り、前記応力層の熱膨張係数は、前記誘電体基板の熱膨張係数よりも小さい場合は、前記応力層は、前記入出力部の少なくとも一方において、前記光導波路の上に設けられていてもよい。また、前記誘電体基板が、負の光弾性定数を有する材質から成り、前記応力層の熱膨張係数は、前記誘電体基板の熱膨張係数よりも大きい場合は、前記応力層は、前記入出力部において、前記光導波路の上に設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、光入出力部（光デバイスと光ファイバとの結合部）の少なくとも一方では、光導波路の光強度分布を光ファイバの光強度分布に略一致させることができ、結合損失の少ない光デバイスを提供することを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２６】
［第１の実施の形態］
図３は、本発明の第１の実施の形態にかかる光デバイスの概略構造を示す平面図であり、図４は、図３に示す光デバイスを矢印Ａで示す方向から見たときの概略図である。
【００２７】
図３及び図４では、光デバイス１０として、マッハツェンダー型光変調器に本発明を適用した一例が示されている。
【００２８】
図３を参照するに、光デバイス１０においては、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等、光弾性効果を有する誘電体基板１に、チタン（Ｔｉ）等の金属原子を拡散した導波路（光導波路）３によりマッハツェンダー型干渉計が作製されている。
【００２９】
ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）から成る誘電体基板は、後述するタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）から成る基板と同様に、電気光学係数が大きく低損失な拡散導波路を形成することができる。また、誘電体基板１に拡散する物質としてはチタン（Ｔｉ）のほか、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）等を用いてもよい。
【００３０】
光デバイス１０は入力部、制御部、及び出力部から大略構成される。
【００３１】
制御部には、変調電極４−１及び４−２が並んで設けられている。変調電極４−１及び４−２に高周波（ＲＦ）電圧を印加することで、電気光学効果により光の光路長が変化して光が強度変調される。
【００３２】
入力部及び出力部では、拡散導波路３を挟むように、応力層２−１及び２−２がパターニングされて設けられている。
【００３３】
図４を参照するに、応力層２−１及び２−２は、応力層２−１と応力層２−２とに挟まれた拡散導波路３に、光弾性効果による屈折率変化を誘起する応力を生じさせる。即ち、応力層２−１及び２−２に左右を挟まれた拡散導波路３に応力σ×ｔ（ｔ：応力層２−１及び２−２の厚さ）が与えられて、前記拡散導波路３の表面に伸張歪が作用し、光弾性効果により屈折率変化が誘起され、基板１の表面の屈折率が低下する。
【００３４】
これにより、入力部及び出力部では拡散導波路３の光強度形状を、光ファイバの光強度形状である略円形形状に近づけることができ、その結果、光ファイバと入力部及び出力部との結合損の低減が図られる。
【００３５】
図３を再度参照するに、制御部においては、電界の印加効率を高める必要があるため、印加電界の強度が大きい電極４−１及び４−２の近傍に光強度形状が偏っている状態、即ち、通常の拡散導波路のように基板表面に光強度形状が偏っている状態、にあることが望ましい。
【００３６】
そのため、応力層２−１及び２−２を入力部及び出力部のみに設け、当該入力部及び出力部において屈折率の低減度合いを最も大きくしている。一方、制御部には応力層２−１及び２−２は設けられておらず、入力部及び出力部において応力層２−１及び２−２の幅をテーパ状に（制御部に近づけるにつれて、細く）している。その結果、応力層２−１及び２−２によって作用される応力を緩やかに弱めて変化させ、結合損失を抑えている。
【００３７】
ところで、図３に示す例では、上述のように、応力層２−１及び２−２の幅をテーパ状に（制御部に近づけるにつれて、細く）していたが、本発明はかかる例に限定されず、図５に示す構造であってもよい。ここで、図５は、本発明の第1の実施の形態の変形例にかかる光デバイスの概略構造を示す斜視図である。
【００３８】
図５を参照するに、本例では、入力部及び出力部において応力層２'−１及び２'−２の厚さをテーパ状に（制御部に近づけるにつれて、薄く）している。本例の構造においても、応力層２−１及び２−２によって作用される応力を緩やかに弱めて変化させることができ、図３に示す場合と同じ効果を奏することができる。
【００３９】
ところで、前記応力層２−１及び２−２は、例えば、蒸着法又はスパッタリング法を用いて形成することができ、約５０乃至５００℃の温度で薄膜として形成する方法が望ましい。
【００４０】
ここで、基板１の熱膨張係数をαｓ、応力層２−１（２'−１）及び２−２（２'−２）の熱膨張係数をαｆとする。応力層２−１（２'−１）及び２−２（２'−２）を温度Ｔ（℃）で、ｔ（μｍ）の厚みで基板１上に形成する。室温（常温）Ｔ０に戻すと、基板１には熱膨張係数差により応力σｔｈ発生する。ここでσｔｈは以下の式で表される。
【００４１】
【数１】
0004682081.tif 000002
なお、ΔＴ＝（Ｔ−Ｔ０）であり、Ｅｆは応力膜のヤング率、νｆは応力膜のポアソン比である。また、一般的に薄膜を形成した時の応力σは
σ＝σｉｎｔ＋σｔｈ
で表される。ここでσｉｎｔは真性応力と呼ばれ、熱によらない成膜時の応力であり、σｔｈは上述の如き、熱膨張係数差により生じる応力である。
【００４２】
前述のように、応力層２−１（２'−１）と応力層２−２（２'−２）とに挟まれた拡散導波路３には、歪Ｓが発生するが、かかる歪Ｓと応力σの関係は、基板１の弾性定数から弾性方程式を解くことにより導出することができる。ここで、応力σが正の時には発生する歪Ｓは正となり、応力σが負の時には発生する歪Ｓは負となり、その大きさも比例の関係にある。
【００４３】
そして、光弾性効果を持つ基板１に歪Ｓが加わると屈折率が変化する。光弾性効果による屈折率変化は次の式で表される。
【００４４】
【数２】
0004682081.tif 000003
ここで、ｎは基板の屈折率、Ｓは基板に加わる歪、ｐは光弾性係数である。
【００４５】
例えば、基板１が、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等、正の光弾性定数を有する材質から成る場合には、応力層２−１（２'−１）及び２−２（２'−２）として、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等よりも大きな熱膨張係数αｆとなる材質（例えば、ポリイミド、アルミニウム（Ａｌ）等）を選択し（αｓ<αｆ）、基板１に伸張応力σ（正の値を有する）が生じるようにし、これにより発生する歪Ｓを正の値とする（伸張歪）ことにより、屈折率を減少させる（Δｎが負となる）ことができる。
【００４６】
これとは逆に、基板１が、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）等、負の光弾性定数を有する材質から成る場合には、応力層２−１（２'−１）及び２−２（２'−２）として、ＧａＡｓ等よりも小さな熱膨張係数αｆとなる材質（例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）や窒化シリコン（ＳｉＮ）等）を選択すればよく（αｓ>αｆ）、これにより、屈折率を減少させる（Δｎが負となる）ことができる。
【００４７】
このように、屈折率を減少させる応力の発生を、薄膜の成膜による熱応力等により達成することができ、追拡散工程を削減することができる。また、基板に与えるダメージがないため、外拡散や電気光学係数の変化も起こらず、容易に所望の屈折率分布を達成することができる。
【００４８】
［第２の実施の形態］
図６は、本発明の第２の実施の形態にかかる光デバイスの概略構造を示す平面図であり、図７は、図６に示す光デバイスを矢印Ａで示す方向から見たときの概略図である。なお、以下の説明において、本発明の第１の実施の形態において説明した箇所と同じ箇所には同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００４９】
上述の第1の実施の形態では、図４に示すように、入力部及び出力部では、拡散導波路３を挟むように、応力層２−１及び２−２がパターニングされて設けられている。これに対し、第２の実施の形態では、図６及び図７に示すように、第1の実施の形態とは逆のパターニングを行い、拡散導波路３上に応力層２２を設け、拡散導波路３に、光弾性効果による屈折率変化を誘起する応力を生じさせる。即ち、拡散導波路３に応力σ×ｔ（ｔ：応力層２２の厚さ）が与えられて、前記拡散導波路３の表面に収縮歪が作用し、光弾性効果により屈折率変化が誘起され、基板１の表面の屈折率が低下する。
【００５０】
本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、制御部においては、電界の印加効率を高める必要があるため、印加電界の強度が大きい電極４−１及び４−２の近傍に光強度形状が偏っている状態、即ち、通常の拡散導波路のように基板表面に光強度形状が偏っている状態、にあることが望ましい。そのため、応力層２２を、入力部及び出力部のみに設け、制御部には応力層２２は設けられておらず、入力部及び出力部において応力層２２の幅をテーパ状に（制御部に近づけるにつれて、細く）している。その結果、応力層２２によって作用される応力を緩やかに弱めて変化させ、接続損失を抑えている。
【００５１】
図８は、本発明の第２の実施の形態の変形例にかかる光デバイスの概略構造を示す斜視図である。
【００５２】
図８を参照するに、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、図６に示す例の変形として、入力部及び出力部において応力層２７の厚さをテーパ状に（制御部に近づけるにつれて、薄く）してもよい。かかる構造においても、応力層２７によって作用される応力を緩やかに弱めて変化させることができ、図６に示す場合と同じ効果を奏することができる。
【００５３】
本実施の形態では、第１の実施の形態と異なり、基板１が正の光弾性定数を有する材質から成る場合には、応力層２２（２７）として、当該基板１よりも小さな熱膨張係数αｆとなる材質を選択し（αｓ>αｆ）、基板１に収縮応力σ（負の値を有する）が生じるようにし、これにより発生する歪Ｓを負の値とする（収縮張歪）ことにより、屈折率を減少させることができる。
【００５４】
これとは逆に、基板１が負の光弾性定数を有する材質から成る場合には、応力層２２−（２７）として、当該基板１よりも小さな熱膨張係数αｆとなる材質を選択すればよく（αｓ<αｆ）、これにより、屈折率を減少させることができる。
【００５５】
ここで、基板として用いられる材料と応力層として用いられる材料との組み合わせと、何れの実施の形態の構造が適用されるかにつき纏めた表を、図９に示す。
【００５６】
図９（ａ）は、基板１として適用される各材料の光弾性係数ｐ及び熱膨張率αｓ（１／℃）について示す表である。
【００５７】
例えば、基板１がニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）から成る場合、光弾性係数ｐは正（プラス）の極性を有し、熱膨張係数αｓは１５×１０−６（１／℃）である。基板１がタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）から成る場合も、光弾性係数ｐは正（プラス）の極性を有し、基板１がニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）から成る場合と同様に、この場合を分類Ａとする。基板１がガリウム砒素（ＧａＡｓ）から成る場合も、光弾性係数ｐは負（マイナス）の極性を有し、この場合を分類Ｂとする。
【００５８】
図９（ｂ）は、応力層２（２'）又は２２（２７）として適用される各材料の熱膨張率αｆ（１／℃）及び、適用される基板の分類と対応する実施の形態との組合せを示す表である。
【００５９】
図９（ｂ）では、応力層２（２'）又は２２（２７）の材料の例として、アルミニウム（Ａｌ）、ポリイミド、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、及び酸化シリコン（ＳｉＮ）を挙げている。
【００６０】
例えば、応力層の材料として熱膨張率αｆが２７×１０−６（１／℃）であるアルミニウム（Ａｌ）が適用され、基板１が、分類Ａに属する場合、即ち、光弾性係数ｐが正（プラス）の極性を有するニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）から成る場合、図３乃至図５を参照して説明した本発明の第１の実施の形態に示す構造が採用される。
【００６１】
また、例えば、応力層の材料として前記アルミニウム（Ａｌ）が適用され、基板１が、分類Ｂに属する場合、即ち、光弾性係数ｐが負（マイナス）の極性を有するガリウム砒素（ＧａＡｓ）から成る場合、図６乃至図８を参照して説明した本発明の第２の実施の形態に示す構造が採用される。
【００６２】
何れの場合も、入力部及び出力部の表面では、光弾性効果により屈折率変化が誘起され屈折率の低減度合いを大きくでき、一方、制御部においては、電極４−１及び４−２の近傍に光強度形状が偏っている構造を奏することができる。
【００６３】
次に、上述の実施の形態による効果を、図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は、本発明の実施の形態における、基板に垂直の方向（基板深さ方向）の屈折率の変化の分布を示したグラフであり、図１１は、従来の例との比較において、本発明の実施の形態における、拡散導波路の光強度分布を示したグラフである。
【００６４】
まず、図１０を参照するに、点線は、図２（ａ）に示す分布、即ち、本発明の実施の形態の応力層２（２'）又は２２（２７）が設けられていない光デバイスにおける、基板に垂直方向（基板深さ方向）の屈折率の変化の分布を示す。上述したように、応力層２（２'）又は２２（２７）が設けられていない場合は、基板に垂直方向（基板深さ方向）の屈折率の変化の分布は基板表面に偏っている。
【００６５】
しかしながら、本発明の実施の形態の応力層２（２'）又は２２（２７）を設けることにより、一点鎖線で示すように、応力層２（２'）又は２２（２７）による屈折率の変化の分布が発生し、その結果、実線で示すような、屈折率の変化がピークの箇所を中心に略対称となるような屈折率の変化の分布を得ることができる。
【００６６】
かかる屈折率の変化に対応した、基板に垂直方向（基板深さ方向）の光強度分布が図１１に示されている。具体的には、図１１（ａ）に、光ファイバの光強度分布と応力層２（２'）又は２２（２７）が設けられていない場合の拡散導波路における光の強度分布を示し、図１１（ｂ）に、光ファイバの光強度分布と応力層２（２'）又は２２（２７）を設けた場合の拡散導波路における光の強度分布を示す。
【００６７】
図１１において、点線で示す分布が光ファイバの光強度分布であり、実線で示す分布が拡散導波路における光の強度分布である。
【００６８】
図１１（ａ）を参照するに、応力層２（２'）又は２２（２７）が設けられていない場合は、拡散導波路における光の強度分布は基板表面に偏っており、光ファイバの光強度分布と、拡散導波路における光の強度分布とは互いに一致していない。
【００６９】
これに対し、応力層２（２'）又は２２（２７）が設けられている場合は、図１１（ｂ）に示すように、図１０に示す屈折率の変化に対応した、拡散導波路の光強度分布が得られ、当該分布は、光ファイバの光強度分布と略一致している。
【００７０】
結合損失は光ファイバの光強度形状と拡散導波路の光強度形状の重なり積分で表すことができるが、応力層２（２'）又は２２（２７）が設けられている場合は、拡散導波路の光強度形状は、即ち、ピークの箇所を中心に略対称の略円形形状に近づいた形状となる。従って、拡散導波路の光強度分布は、光ファイバの光強度形状との重なりが大きくなり、結合損失は低減する。
【００７１】
このように、上述の実施の形態においては、上述した応力層２（２'）又は２２（２７）が設けられているため、光デバイスと光ファイバとの結合部、即ち、光入出力部において、拡散導波路の光強度分布を光ファイバの光強度分布に略一致させて、光ファイバとの結合損失を小さくすることができる。また、光制御部には、前記応力層２（２'）又は２２（２７）は設けられていないため、表面の電極近傍に光強度分布を偏わせて、良好な電界印加効率を得ることができる。
【００７２】
［第３の実施の形態］
上述の実施の形態においては、本発明を、光強度分布が基板表面上に偏っている導波路（主に拡散導波路がこれに当たる）に対して適用した場合について説明した。
【００７３】
しかしながら、本発明はこれだけではなく、その他の非対称光導波路に関しても適用することができる。例えば、誘電体基板にフェムト秒レーザ等、高強度レーザを集光照射することで、基板の任意の深さに立体的な光導波路を形成する技術がある。この場合形成される光導波路は、楕円形状になるのが一般的である。
【００７４】
図１２に、本発明を任意の深さの楕円導波路に適用する場合の実施例を示す。図１２は、本発明の第３の実施の形態にかかる光デバイスの入出力部における断面図である。
【００７５】
入出力部において、ＲＩＥ等のドライエッチングを用いて誘電体基板１に溝３３−１、３３−２を形成し、当該溝３３−１、３３−２の中に応力層３２−１、３２−２を積層する。図１２から明らかなように、溝３３−１、３３−２の側面部に加わる応力により、光強度分布を略円形に調整し、光ファイバとの結合損失を低減することができる。なお、図１２に示すように、応力層３２−１、３２−２の層厚ｔは略一定である（応力は層の層厚に比例する）。
【００７６】
この場合も、図１３に示すように、応力層３２−１、３２−２の幅をテーパ状に形成することができる。ここで、図１３は、本発明の第３の実施の形態にかかる光デバイスの概略構造を示す平面図である。
【００７７】
また、応力層３２−１、３２−２の選定方法と構造は、上述の本発明の第1及び第２の実施の形態の例と同様の方法で行うことができる。
【００７８】
なお、図１２及び図１３に示す例は、本発明の一例であり、本発明を組み合わせれば、あらゆる任意の楕円導波路を略円形状に調整することができる。
【００７９】
以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【００８０】
例えば、上述の実施の形態では、応力層２（２２）又は２'（２７）の幅又は厚さをテーパ状に（制御部に近づけるにつれて、細く又は薄く）形成している例を説明したが、応力層２（２２）又は２'（２７）によって作用される応力を制御部に向かって緩やかに弱めて変化させることができる限り、当該テーパの角度及び形状に、特に限定はない。
【００８１】
また、変調電極４−１及び４−２と、拡散導波路３が設けられた基板１の上面との間に、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）から成る薄膜であるバッファ層を設けてもよい。かかるバッファ層により、変調電極による光の吸収を抑えることができる。
【００８２】
以上の説明に関し、更に以下の項を開示する。
（付記１）  誘電体基板に光導波路が形成された光デバイスであって、
前記光導波路と光ファイバが接続される入出力部を備え、
前記入出力部の少なくとも一方には、前記光導波路に応力を付与して前記光導波路の屈性率を低減する応力層が設けられていることを特徴とする光デバイス。
（付記２）  付記１記載の光デバイスであって、
前記応力層は、前記入出力部の少なくとも一方の表面近傍の屈折率を低減することを特徴とする光デバイス。
（付記３）  付記１又は２記載の光デバイスであって、
前記光導波路への前記応力は、前記応力層の熱応力により形成されることを特徴とする光デバイス。
（付記４）  付記１乃至３いずれか一項記載の光デバイスであって、
前記応力層は、テーパ状に形成され、
前記光導波路への前記応力は、前記入出力部の少なくとも一方から電極が設けられた制御部に向かって弱くなることを特徴とする光デバイス。
（付記５）  付記４記載の光デバイスであって、
前記応力層の幅が前記テーパ状になっていることを特徴とする光デバイス。
（付記６）  付記４記載の光デバイスであって、
前記応力層の厚さが前記テーパ状になっていることを特徴とする光デバイス。
（付記７）  付記１乃至６いずれか一項記載の光デバイスであって、
前記誘電体基板が、正の光弾性定数を有する材質から成り、前記応力層の熱膨張係数は、前記誘電体基板の熱膨張係数よりも大きい場合は、
前記応力層は、前記入出力部の少なくとも一方において、前記光導波路を挟むように設けられていることを特徴とする光デバイス。
（付記８）  付記７記載の光デバイスであって、
前記誘電体基板は、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムから成り、
前記応力層は、アルミニウム又はポリイミドから成ることを特徴とする光デバイス。
（付記９）  付記１乃至６いずれか一項記載の光デバイスであって、
前記誘電体基板が、負の光弾性定数を有する材質から成り、前記応力層の熱膨張係数は、前記誘電体基板の熱膨張係数よりも小さい場合は、
前記応力層は、前記入出力部の少なくとも一方において、前記光導波路を挟むように設けられていることを特徴とする光デバイス。
（付記１０）  付記９記載の光デバイスであって、
前記誘電体基板は、ガリウム砒素から成り、
前記応力層は、酸化シリコン又は窒化シリコンから成ることを特徴とする光デバイス。
（付記１１）  付記１乃至６いずれか一項記載の光デバイスであって、
前記誘電体基板が、正の光弾性定数を有する材質から成り、前記応力層の熱膨張係数は、前記誘電体基板の熱膨張係数よりも小さい場合は、
前記応力層は、前記入出力部の少なくとも一方において、前記光導波路の上に設けられていることを特徴とする光デバイス。
（付記１２）  付記１１記載の光デバイスであって、
前記誘電体基板は、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムから成り、
前記応力層は、酸化シリコン又は窒化シリコンから成ることを特徴とする光デバイス。
（付記１３）  付記１乃至６いずれか一項記載の光デバイスであって、
前記誘電体基板が、負の光弾性定数を有する材質から成り、前記応力層の熱膨張係数は、前記誘電体基板の熱膨張係数よりも大きい場合は、
前記応力層は、前記入出力部において、前記光導波路の上に設けられていることを特徴とする光デバイス。
（付記１４）  付記１３記載の光デバイスであって、
前記誘電体基板は、ガリウム砒素から成り、
前記応力層は、アルミニウム又はポリイミドから成ることを特徴とする光デバイス。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】従来の、光ファイバを伝搬する光の強度分布と光導波路素子の拡散導波路を伝搬する光の強度分布を示した図である。
【図２】従来の光デバイスにおいて、基板に垂直又は水平方向の屈折率の変化の分布を示したグラフである。
【図３】本発明の第1の実施の形態にかかる光デバイスの概略構造を示す平面図である。
【図４】図３に示す光デバイスを矢印Ａで示す方向から見たときの概略図である。
【図５】本発明の第1の実施の形態の変形例にかかる光デバイスの概略構造を示す斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態にかかる光デバイスの概略構造を示す平面図であり、
【図７】図６に示す光デバイスを矢印Ａで示す方向から見たときの概略図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態の変形例にかかる光デバイスの概略構造を示す斜視図である。
【図９】基板として用いられる材料と応力層として用いられる材料との組合せと、何れの実施形態の構造が適用されるかについて纏めた表である。
【図１０】本発明の実施の形態における、基板に垂直方向の屈折率の変化の分布を示したグラフである。
【図１１】従来の例との比較において、本発明の実施の形態における、拡散導波路の光強度分布を示したグラフである。
【図１２】本発明の第３の実施の形態にかかる光デバイスの入出力部における断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態にかかる光デバイスの概略構造を示す平面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１  誘電体基板
２、２'、２２、２７、３２  応力層
３  拡散導波路
４  変調電極
１０、１５、２０、２５  光デバイス
【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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