(57)【要約】      （修正有）【課題】伝搬光の一方の偏波モードを選択的に減衰させる簡略な光導波路構造を持った光導波路デバイスを提供する。【解決手段】本発明の光導波路デバイスは、光導波路の形成された基板１０上に、コア１１より屈折率の高い材料を用いた高屈折率層２１と、コア１１より屈折率の低い材料を用いた低屈折率層２２とをそれぞれ１層以上積み重ねて形成した多層クラッド２０を設け、この多層クラッド２０の構造複屈折を利用して光導波路の偏波依存性を増大させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成された相対的に高い屈折率を有するコアと、該コアを覆うように配置された相対的に低い屈折率を有するクラッドとからなる光導波路を備えた光導波路デバイスにおいて、
前記クラッドの一部に、前記コアより屈折率の低い材料を用いた低屈折率層と、前記コアより屈折率の高い材料を用いた高屈折率層とをそれぞれ１層以上前記コアから離れる方向に積み重ねて形成した多層構造部を有し、該多層構造部における前記低屈折率層および前記高屈折率層の積層周期が、前記低屈折率層を構成する材料を用いた単層クラッドを仮定した場合に前記コアを導波する偏波モードが前記単層クラッドにしみ出す距離よりも短くなるように設定されていることを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の光導波路デバイスであって、
前記クラッドの多層構造部は、光導波路に入射される光の直交する偏波モードのうちの一方の偏波モードに対する実効屈折率が前記コアの屈折率よりも低く、他方の偏波モードに対する実効屈折率が前記コアの屈折率よりも高くなるように、前記低屈折率層および前記高屈折率層の積層周期と膜厚比とが設定されていることを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項３】
請求項１に記載の光導波路デバイスであって、
前記クラッドの多層構造部は、光導波路に入射される光の直交する偏波モードそれぞれに対する実効屈折率が前記コアの屈折率よりも低くなるように、前記低屈折率層および前記高屈折率層の積層周期と膜厚比とが設定されており、
前記多層構造部の前記コアとは反対側に位置する端面近傍に光吸収体を備えたことを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項４】
請求項１に記載の光導波路デバイスであって、
前記クラッドの多層構造部は、前記低屈折率層および前記高屈折率層をそれぞれ２層以上積み重ねる場合に、前記コアに接する低屈折率層の膜厚が他の低屈折率層の膜厚と異なることを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項５】
電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された相対的に高い屈折率を有するコアおよび該コアを覆うように配置された相対的に低い屈折率を有するクラッドからなる光導波路と、該光導波路の近傍に配置された電極と、前記光導波路および前記電極の間に配置され前記電極による光吸収を抑圧するバッファ層と、を備え、前記電極に印加される駆動電圧によって生じる電気光学効果により前記光導波路を伝搬する光を変調する光変調器において、
前記バッファ層は、前記コアより屈折率の低い材料を用いた低屈折率層と、前記コアより屈折率の高い材料を用いた高屈折率層とをそれぞれ１層以上前記コアから前記電極に向かう方向に積み重ねた多層構造を有し、該多層構造における前記低屈折率層および前記高屈折率層の積層周期が、前記低屈折率層を構成する材料を用いた単層バッファを仮定した場合に前記コアを導波する偏波モードが前記単層バッファにしみ出す距離よりも短くなるように設定されていることを特徴とする光変調器。
【請求項６】
請求項５に記載の光変調器であって、
前記多層構造のバッファ層は、光導波路に入射される光の直交する偏波モードのうちの一方の偏波モードに対する実効屈折率が前記コアの屈折率よりも低く、他方の偏波モードに対する実効屈折率が前記コアの屈折率よりも高くなるように、前記低屈折率層および前記高屈折率層の積層周期と膜厚比とが設定されていることを特徴とする光変調器。
【請求項７】
請求項５に記載の光変調器であって、
前記多層構造のバッファ層は、光導波路に入射される光の直交する偏波モードそれぞれに対する実効屈折率が前記コアの屈折率よりも低くなるように、前記低屈折率層および前記高屈折率層の積層周期と膜厚比とが設定されており、
前記バッファ層の前記コアとは反対側に位置する端面近傍に光吸収体を備えたことを特徴とする光変調器。
【請求項８】
請求項６に記載の光変調器であって、
前記基板がｚ−カットのニオブ酸リチウム基板であるとき、
前記多層構造のバッファ層は、ＴＭモードに対する実効屈折率が前記コアの屈折率よりも低く、ＴＥモードに対する実効屈折率が前記コアの屈折率よりも高くなるように、前記低屈折率層および前記高屈折率層の積層周期と膜厚比とが設定されていることを特徴とする光変調器。
【請求項９】
請求項７に記載の光変調器であって、
前記基板がｚ−カットのニオブ酸リチウム基板であるとき、
前記多層構造のバッファ層は、ＴＭモードおよびＴＥモードそれぞれに対する実効屈折率が前記コアの屈折率よりも低くなるように、前記低屈折率層および前記高屈折率層の積層周期と膜厚比とが設定されており、
前記光吸収体は、ＴＭモードおよびＴＥモードのうちのＴＥモードのみを吸収して減衰させることを特徴とする光変調器。
【請求項１０】
請求項５に記載の光変調器であって、
前記多層構造のバッファ層は、前記低屈折率層および前記高屈折率層をそれぞれ２層以上積み重ねる場合に、前記コアに接する低屈折率層の膜厚が他の低屈折率層の膜厚と異なることを特徴とする光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信で用いられる光導波路デバイスおよび光変調器に関し、特に、偏光子としての機能を具備した光導波路デバイスおよび光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、光通信では様々な機能を備えた光導波路デバイスを用いて各種の光伝送装置が実現されている。例えば、高速および長距離の光伝送装置では、電気光学結晶であるニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３；ＬＮ）基板等に光導波路や電極等を形成した光変調器が広く使用されている。
図２９は、一般的なＬＮ光変調器の構造の一例を示したものである。このＬＮ光変調器は、マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）型導波路の２本のアーム上に電極を配置し、該電極に印加する電圧に応じて２本の導波路間の位相差を制御することによって、出力光のＯＮ／ＯＦＦを実現できる。導波路と電極の間には、電極による光吸収を抑圧するためにバッファ層を設けるのが一般的である。このような光変調器の駆動電圧（Ｖπ）は一般的には電極長に反比例する。
【０００３】
上記のようなＬＮ光変調器では、ＬｉＮｂＯ３結晶の電気光学定数（テンソル）のなかでｒ３３が最も大きいことから、電界が結晶のｚ軸方向へ偏光した光（ｘ−カットの基板ではＴＥ、ｚ−カット基板ではＴＭ）のみが利用される。このため、例えば偏波保持ファイバを用いて入射光の偏波をｚ軸方向に合わせて、光を結晶に入力するのが一般的である。
【０００４】
しかしながら、変調器チップと入力ファイバとの間の軸ズレや、入射光の偏波変動、あるいは導波路自身の偏波消光比不足などにより、ｚ軸方向と直交する偏波（ｘ−カットの基板ではＴＭ、ｚ−カットの基板ではＴＥ）が入射あるいは励起されることは避けられず、結果として出力信号の偏波消光比の劣化を招く。このため、変調信号の品質向上のために、不要な偏波を効率的に除去できるような小型かつ低コストの導波路型偏光子をＬＮ光変調器に集積化することが望ましい。
【０００５】
導波路を伝搬する２つの偏波モード（ＴＥ／ＴＭ）のうち、どちらか一方の偏波モードを大きく減衰させるような導波路型の偏光子としては、以下のような手法によるものが知られている。
（１）導波路上に（バッファ層を介すなどして）金属膜を設ける手法
導波モードのクラッド（バッファ層）へのしみ出しを利用し、例えば、ＴＭモードが金属内の自由電子を励起し、ＴＥモードと比較して大きく減衰する効果を利用した導波路型の偏光子である（例えば、非特許文献１参照）。
【０００６】
（２）方向性結合器を利用する手法
ＴＥとＴＭでの伝搬定数の違いを利用して、２つの導波路間で光パワーが遷移する距離の違いを利用した導波路型の偏光子である。
（３）クラッドに複屈折材料を用いる手法
複屈折材料をクラッドとすることで、一方の偏波ではクラッドがコアより屈折率が高くなって放射モードになり、他方の偏波ではクラッドの屈折率がコアより低くなって導波モードになるようにした導波路型の偏光子である（例えば、非特許文献１および特許文献１参照）。
【０００７】
（４）プロトン交換導波路を用いる手法
結晶基板の方位により、ＴＥモードのみまたはＴＭモードのみを伝搬するようにした導波路型の偏光子である（例えば、特許文献２参照）。
（５）共振反射型導波路を用いる手法
高屈折率基板に、低屈折率クラッド、高屈折率クラッドおよびコア（低屈折率クラッドと同じ屈折率）を形成し、高屈折率クラッドの共振反射を利用して光を閉じ込めるようにしたもので、高屈折率クラッドの膜厚制御や多層化により高い偏波消光比が得られるようにした導波路型の偏光子である（例えば、特許文献３参照）。
【非特許文献１】西原浩、外２名，「光集積回路（改訂増補版）」，オーム社，平成５年８月，ｐ．２８１−２８３）
【特許文献１】特開平８−１３６７５３号公報
【特許文献２】特開平７−２７９３５号公報
【特許文献３】特開平４−１２５６０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記のような従来の導波路型の偏光子は、いずれも単体の偏光子としては高い性能を実現できる。しかしながら、前述したような光変調器等の光導波路デバイスとの集積化または一体化を考慮すると次のような問題点がある。
ます、上記（１）や（２）の手法による導波路型の偏光子に関しては、例えば図３０の上段に示すように、光変調器等の入射ポート側（または出射ポート側）に数ｍｍ〜数ｃｍの偏光子部分を設ける必要があるため、チップ長が長くなり変調器全体のサイズ拡大や損失劣化を招いてしまう。また、図３０の下段に示すように、チップ長を一定に保つために変調器部分を短くすると、駆動電圧の増加を招いてしまうことになる。このように（１）や（２）の手法による導波路型の偏光子を用いて光変調器等の光導波路デバイスの偏波消光比の向上を実現する場合、従来の光導波路デバイスの諸特性（例えば、チップ長、挿入損失、駆動電圧など）が劣化してしまうという問題点がある。
【０００９】
上記（３）の手法による導波路型の偏光子に関しては、光変調器等の光導波路デバイスのクラッドとして複屈折材料を用いることができれば、光変調器等の構造そのものが偏光子として機能するようになるため、上記のような諸特性を劣化させることなく偏波消光比を改善させることが可能ではある。しなしながら、例えばＬＮ光変調器について考えると、ＬｉＮｂＯ３の屈折率付近で適当な複屈折を示す材料は知られていないのが現状である。仮に、そのような材料が得られたとしても、ＬｉＮｂＯ３基板の結晶方位に対してクラッドに用いる複屈折材料の方向性を高い精度で合わせる必要があり、そのような導波路を実際に作製するは困難であるという問題点がある。なお、上記の特許文献１では、バッファ層の製膜プロセスを制御することにより、バッファ層にストレスを与えて屈折率に異方性を持たせる技術も提案されているが、工程が複雑になるためコストアップの要因になってしまうという欠点がある。
【００１０】
上記（４）の手法による導波路型の偏光子に関しては、プロトン交換導波路を適用した光変調器では駆動電圧（Ｖπ）が大きくなってしまうという問題点がある。
上記（５）の手法による導波路型の偏光子に関しては、導波路の構造が複雑であり、一方の偏波モード光の漏れ量（偏波消光比）がクラッドの膜厚に大きく依存するため、膜厚の制御が非常に難しく製造性に問題がある。
【００１１】
本発明は上記のような問題点に着目してなされたもので、光導波路を伝搬する光の直交する偏波モードのうちの一方を選択的に減衰させることのできる簡略な光導波路構造を持つ光導波路デバイスを提供することを目的とする。また、上記の光導波路構造を適用することで高い偏波消光比を実現した光変調器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するため、本発明の光導波路デバイスは、基板に形成された相対的に高い屈折率を有するコアと、該コアを覆うように配置された相対的に低い屈折率を有するクラッドとからなる光導波路を備えた光導波路デバイスにおいて、前記クラッドの一部に、前記コアより屈折率の低い材料を用いた低屈折率層と、前記コアより屈折率の高い材料を用いた高屈折率層とをそれぞれ１層以上前記コアから離れる方向に積み重ねて形成した多層構造部を有し、該多層構造部における前記低屈折率層および前記高屈折率層の積層周期が、前記低屈折率層を構成する材料を用いた単層クラッドを仮定した場合に前記コアを導波する偏波モードが前記単層クラッドにしみ出す距離よりも短くなるように設定されていることを特徴とする。このような構成の光導波路デバイスでは、クラッドの一部に多層構造部を設けたことで、該多層構造部の構造複屈折により偏波依存性の大きな光導波路が実現されるようになる。
【００１３】
また、上記光導波路デバイスの具体的な構成として、前記クラッドの多層構造部は、光導波路に入射される光の直交する偏波モードのうちの一方の偏波モードに対する実効屈折率が前記コアの屈折率よりも低く、他方の偏波モードに対する実効屈折率が前記コアの屈折率よりも高くなるように、前記低屈折率層および前記高屈折率層の積層周期と膜厚比とが設定されていてもよい。または、前記クラッドの多層構造部は、光導波路に入射される光の直交する偏波モードそれぞれに対する実効屈折率が前記コアの屈折率よりも低くなるように、前記低屈折率層および前記高屈折率層の積層周期と膜厚比とが設定されており、前記多層構造部の前記コアとは反対側に位置する端面近傍に光吸収体を備えるようにしてもよい。上記のような構成では、光導波路を伝搬する光の一方の偏波モードに対する損失を増やすことなく、他方の偏波モードが放射損や吸収損等によって減衰するようになる。
【００１４】
本発明の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された相対的に高い屈折率を有するコアおよび該コアを覆うように配置された相対的に低い屈折率を有するクラッドからなる光導波路と、該光導波路の近傍に配置された電極と、前記光導波路および前記電極の間に配置され前記電極による光吸収を抑圧するバッファ層と、を備え、前記電極に印加される駆動電圧によって生じる電気光学効果により前記光導波路を伝搬する光を変調する光変調器において、前記バッファ層は、前記コアより屈折率の低い材料を用いた低屈折率層と、前記コアより屈折率の高い材料を用いた高屈折率層とをそれぞれ１層以上前記コアから前記電極に向かう方向に積み重ねた多層構造を有し、該多層構造における前記低屈折率層および前記高屈折率層の積層周期が、前記低屈折率層を構成する材料を用いた単層バッファを仮定した場合に前記コアを導波する偏波モードが前記単層バッファにしみ出す距離よりも短くなるように設定されていることを特徴とする。このような構成の光変調器では、光導波路と電極の間のバッファ層が低屈折率層および高屈折率層の積層により多層構造化されることで、該多層構造のバッファ層の構造複屈折により偏波依存性の大きな光導波路が実現され、偏波消光比の改善が図られるようになる。
【発明の効果】
【００１５】
上述したように本発明の光導波路デバイスによれば、クラッドの多層構造部の構造複屈折を利用することにより、光導波路を伝搬する光のクラッドへのしみ出しの偏波依存性を大きくすることができるため、伝搬光の一方の偏波モードに対する損失を増やすことなく、他方の偏波モードを選択的に減衰させることが可能となる。
このような光導波路構造を光変調器に適用して光導波路と電極の間のバッファ層を多層構造化することにより、光変調器の構造自体が偏光子としての機能を具備するようになるため、変調信号の偏波消光比を向上させることが可能になる。また、上記の光変調器は、従来と同様のプロセスを利用して作製することが可能であり、かつ、チップ長を拡大させる必要もないので、導波モードに過剰損失を発生させたり駆動電圧の上昇を招いたりするようなこともない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
図１は、本発明による光導波路デバイスの一実施形態の要部構成を示す断面図である。
図１において、本光導波路デバイスは、例えば、基板１０の表面付近にコア１１が形成された基板１０と、該基板１０の表面上に形成された多層クラッド２０と、を備えて構成される。多層クラッド２０は、屈折率がコア１１よりも高い材料を用いた高屈折率層２１と、屈折率がコア１１よりも低い材料を用いた低屈折率層２２とが、予め設定した積層周期および膜厚比に従って１周期（２層）以上積み重ねられている。このような多層クラッド２０がコア１１に接する状態で形成されることにより、光導波路の偏波依存性を大きくすることができるようになる。なお、ここでは図１の左下に示すように、基板１０の高さ方向をｚ軸、コア１１内の光の伝搬方向をｙ軸とする直交座標系を考える。
【００１７】
ここで、多層クラッド２０により光導波路の偏波依存性が大きくなる原理について説明する。
一般的に多層膜の積層方向と平行に進行する光については、電界が積層面に平行な偏波成分（例えば、ＴＥモード）と電界が積層面に垂直な偏波成分（例えば、ＴＭモード）とでは光が感じる屈折率が違う。この特性は構造複屈折と呼ばれる。
【００１８】
具体的に、例えば図２のように、屈折率ｎ１の材料からなる第１の層と、屈折率ｎ２の材料からなる第２の層が占有率ｆ１：ｆ２（ただし、ｆ１＋ｆ２＝１とする）の周期で積層されている場合の構造複屈折について考えてみる。この場合、第１および第２の層の膜厚をｄ１，ｄ２とすると、積層周期Ｄは＝ｄ１＋ｄ２となり、上記の占有率はｆ１＝ｄ１／Ｄおよびｆ２＝ｄ２／Ｄとなる。また、ＴＥおよびＴＭの各偏波モードに対する実効屈折率ｎＴＥ，ｎＴＭは、積層周期Ｄが光の波長に対して十分小さいとき、次の（１）式によって近似できることが知られている（例えば、文献：M.Born et al., “Principles of Optics” 6th ed., p.705, Pergamon Press, Oxford, 1980参照）。
【００１９】
【数１】
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【００２０】
なお、積層周期Ｄが光の波長に対して十分小さいとは言えない場合には、上記のような一般的な式を導くことは難しいが、多層膜を伝搬する光波の伝搬定数を求める等の方法により、各偏波モードの実効屈折率を求めることができる。
図３は、Ｓｉ層（屈折率ｎ１＝３．３）およびＳｉＯ２層（屈折率ｎ２＝１．４６）を、占有率ｆ１：ｆ２＝０．５：０．５で積層した場合と、占有率ｆ１：ｆ２＝０．２５：０．７５で積層した場合とについて、波長１５５０ｎｍにおける各偏波モードの実効屈折率と積層周期Ｄとの関係を求めた一例である。
【００２１】
図３の関係より、積層周期Ｄが光の波長の１／１０以下程度の場合、多層膜の実効屈折率は上記の（１）式で与えられる値とほぼ一致するが、積層周期Ｄが大きくなるにつれて実効屈折率はＴＥおよびＴＭともに大きくなることが分かる。これは、積層周期Ｄが大きいほど光の電場が高屈折率層に集中しやすくなることを意味する。また、上記の（１）式および図３の関係から分かるように、多層膜の実効屈折率はＴＥの方がＴＭより高くなる。さらに、ＴＥとＴＭの実効屈折率の差（複屈折）は、各層に用いられる材料の屈折率差が大きいほど増大する。
【００２２】
本発明では、上記のような多層膜の特性を光導波路のクラッドに利用して、多層クラッド２０の各層２１，２２に用いる材料と膜厚比（占有率）を適切に選ぶことにより、例えば、多層クラッド２０におけるＴＥの実効屈折率がコア１１の屈折率よりも高くなり、かつ、多層クラッド２０におけるＴＭの実効屈折率がコア１１の屈折率よりも低くなるようにする。これにより、ＴＥがカットオフとなりＴＭのみが伝搬する光導波路を実現することが可能になる。
【００２３】
また、多層クラッド２０におけるＴＥおよびＴＭの双方の実効屈折率がコア１１の屈折率よりも低くなるように、多層クラッド２０の各層２１，２２に用いる材料と膜厚比（占有率）を選ぶこともできる（図３参照）。この場合は、両偏波とも導波モードを持つが、多層クラッド２０の実効屈折率はＴＥの方がＴＭよりも高い（ｎＴＥ＞ｎＴＭ）ため、光導波路の閉じ込め効果はＴＥの方がＴＭより弱くなる。よって、多層クラッド２０に対してＴＥの方が大きくしみ出す。これを利用して多層クラッド２０の近傍に金属などの光吸収体を配置することにより、伝搬する２つのモードのうちＴＥだけを選択的に減衰させることが可能になる。
【００２４】
なお、多層膜の構造複屈折を利用した光導波路としては、例えば、特開平５−１００１２４号公報や特開２００１−２２１９２４号公報などに記載されたものが公知である。しかしながら、これらはコアを多層構造とすることで導波モードの複屈折を利用（または制御）するものであり、本発明のようなクラッドを多層構造として界分布形状の偏波依存性を利用するものとは基本的な構成が相違している。
【００２５】
上記のような本発明による多層クラッド２０を適用した光導波路デバイスについて、さらに具体的な説明を行うため、例えば図４に示すように、ｚ−カットのＬｉＮｂＯ３基板１０にＴｉ拡散によりコア１１を形成した光導波路上に、Ｓｉ層２１とＳｉＯ２層２２からなる多層クラッド２０を、最下層がＳｉＯ２層２２になるように積層した場合について、２次元スラブモデルを考えてみる。
【００２６】
ここでは、ＬｉＮｂＯ３基板１０の屈折率をｎＴＭ＝２．１４、ｎＴＥ＝２．２０とし、コア１１（Ｔｉ拡散部分）の屈折率をｎＴＭ＝２．１５、ｎＴＥ＝２．２１とする。また、コア１１の厚さは４μｍである。さらに、多層クラッド２０のＳｉ層２１の屈折率をｎ１＝３．３とし、ＳｉＯ２層２２の屈折率をｎ２＝１．４６とする。また、Ｓｉ層２１の厚さをｄ１、占有率をｆ１＝ｄ１／Ｄで表し、ＳｉＯ２層２２の厚さをｄ２、占有率をｆ２＝ｄ２／Ｄで表すものとする。
【００２７】
なお、上記の２次元スラブモデルでは、ＬｉＮｂＯ３基板の使用を想定しているため、基板１０およびコア１１が複屈折性を有しているが、本発明は複屈折性のない基板を使用することも可能である。また、Ｔｉ拡散後のコア１１の屈折率やコア１１の厚さ（または幅）は作製条件によって変化するため、ここではあくまで一例として上記の値を採用している。
【００２８】
まず、第１の設定条件として、Ｓｉ層２１およびＳｉＯ２層２２の占有率がｆ１：ｆ２＝０．５：０．５で積層周期がＤ＝１００ｎｍ（つまり、５０ｎｍ厚のＳｉ層、５０ｎｍ厚のＳｉＯ２層の繰り返し）の十分に厚い多層クラッド２０を想定した場合について考える。この場合、前述した（１）式から導かれる実効屈折率はｎＴＥ＝２．５５、ｎＴＭ＝１．８８となる。よって、ＴＥについては多層クラッド２０の実効屈折率がコア１１の屈折率より高くなるためカットオフとなり、ＴＭについては多層クラッド２０の実効屈折率がコア１１の屈折率より低くなるため導波条件を満たすことが予想される。
【００２９】
図５は、上記第１の設定条件における光導波路を伝搬する光の界分布形状をシミュレーションした結果である。なお、図５の横軸は、コア１１の最上部（クラッドとの境界面）からの深さを示し、縦軸は、ピーク値で規格化した電界強度を示している。図５のシミュレーション結果は、前述の予想通り、ＴＥについては導波モードが存在せず、ＴＭのみが伝搬する光導波路となっている。
【００３０】
次に、第２の設定条件として、Ｓｉ層２１およびＳｉＯ２層２２の占有率がｆ１：ｆ２＝０．２５：０．７５で積層周期がＤ＝１００ｎｍ（つまり、２５ｎｍ厚のＳｉ層、７５ｎｍ厚のＳｉＯ２層の繰り返し）の十分に厚い多層クラッド２０を想定した場合について考える。図６は、上記の図５と同様にして、第２の設定条件における界分布形状をシミュレーションした結果である。この第２の設定条件の場合、前述した（１）式から求められる多層クラッド２０の実効屈折率はｎＴＥ＝２．０８、ｎＴＭ＝１．６３であり、両偏波とも多層クラッド２０の実効屈折率がコア１１の屈折率より低くなるので導波条件を満たす。しかし、ＴＥの方がＴＭより導波路の閉じ込めが弱くなるため、多層クラッド２０への電場のしみ出しは、ＴＥの方がＴＭより大きくなる（図６参照）。
【００３１】
上記のような第１、第２の設定条件との比較として、図７に示すようにクラッドがＳｉＯ２の単層膜である場合を考えてみる。図８は、単層クラッドを適用した光導波路における界分布形状を２次元スラブモデルでシミュレーションした結果である。この場合も単層クラッドへの電場のしみ出しはＴＥの方がＴＭより大きくなっている。しかしながら、図６および図８の界分布形状のクラッド部分を拡大して示した図９にあるように、クラッドへの電場のしみ出しのＴＥとＴＭの差は、多層クラッドを用いた場合の方が単層クラッドを用いた場合よりも大きくなっている。このように、多層クラッドの採用により、単層クラッドの場合と比較して、界分布形状の偏波依存性が大きくなることが理解できる。
【００３２】
ここで、多層クラッド２０の積層周期Ｄと光導波路の偏波依存性との関係について詳しく説明する。
図１０は、多層クラッド２０の内部において電界強度（振幅値）がピーク値の０．５％以下（パワーで４５ｄＢ以下）になる距離（クラッド厚さ）と積層周期Ｄとの関係を示した一例である。
【００３３】
前述した図３より、積層周期Ｄが大きくなるほど実効屈折率が大きくなり、光導波路の閉じ込めが弱くなることが分かるが、図１０に示す減衰距離と積層周期Ｄの関係もこれと一致し、積層周期Ｄの増加に伴ってＴＥモードのしみ出しが大きくなり、積層周期Ｄが３００ｎｍ以上ではＴＥがカットオフになっている。ただし、積層周期Ｄが一定以上大きくなると、Ｓｉ層およびＳｉＯ２層を積層した多層クラッド２０の効果がなくなり、ＳｉＯ２の単層クラッドの場合と差がなくなる。これは、クラッドがＳｉＯ２の単層膜である場合の光のしみ出し距離（ＴＥ：約２００ｎｍ、ＴＭ：約４００ｎｍ）よりも多層クラッド２０のＳｉＯ２層の膜厚が大きくなるために、光導波路を伝搬する光には多層効果（高屈折率層２１の存在）が感じられなくなることに起因する。したがって、本発明の効果を得るためには、多層クラッド２０の積層周期Ｄは、多層クラッド２０を構成する材料のうち、最も低屈折率な材料を用いた単層クラッドを仮定した場合のＴＥモードのしみ出し距離よりも小さくする必要がある。
【００３４】
なお、上記の「しみ出し距離」は、例えば図１１に示すような３層スラブ導波路を想定した場合の以下に示す関係式に従って定量的に見積もることが可能である。まず、図１１の３層スラブ導波路において、各層の積層方向をｘ方向、導波光の伝搬方向をｚ方向とし、中間に位置する導波層の屈折率をｎｆ、厚さをＴとする。また、下側に位置する基板層の屈折率をｎｓ、上側に位置するクラッド層の屈折率をｎｃとする。このような３層スラブ導波路においては、マクスウェル（Maxwell）方程式より、ＴＥに対する波動方程式は、次の（２）式となる。
【００３５】
【数２】
2007333756.tif 000004
【００３６】
また、ＴＭに対する波動方程式は、次の（３）式となる。
【００３７】
【数３】
2007333756.tif 000005
【００３８】
上記の波動方程式を基に各層における電磁界分布を求めることができ、ＴＥモードの場合の電界分布は、次の（４）式で表される。
【００３９】
【数４】
2007333756.tif 000006
【００４０】
上記（４）式において、各層のｘ方向の伝搬定数を、導波層中を伝搬するモードの等価屈折率Ｎ（effective index）を用いて表すと、次の（５）式が得られる。
【００４１】
【数５】
2007333756.tif 000007
【００４２】
なお、等価屈折率Ｎは、光の入射角をθとしてＮ＝ｎｆｓｉｎθで定義され、ｎｃ，ｎｓ＜Ｎ＜ｎｆの関係が成り立つものとする。また、ｋ０は、自由空間中の光波長をλとして、ｋ０＝２π／λで表される。
上記（４）式および（５）式の関係より、クラッド層内および基板層内では光は減衰し（エバネッセント波）、その減衰定数はγｃおよびγｓに対応することが分かる。そこで、図１２に示すように導波層とクラッド層の境界面における電磁界振幅（強度の平方根）が１／ｅ（ただしｅは自然対数の底）に減衰する距離を考えると、それは１／γｃに対応しており、当該距離をクラッドへのＴＥモードの「しみ出し距離」として定義すれば、「しみ出し距離」は上記のγｃを用いて概略見積もることができる。
【００４３】
具体的に、前述の図８および図９に示したＳｉＯ２の単層クラッドを設けた場合の界分布では、ＴＥの単層クラッドへのしみ出しが約５００ｎｍの範囲で見られる。この場合における上記（５）式を用いて求めた１／γｃの値は、約１５０ｎｍとなる。なお、等価屈折率Ｎはシミュレーションにより求めたＮ＝２．２０５４を用い、クラッドの屈折率ｎｃは１．４６としている。上記のような結果より、クラッド内で光が十分に減衰する距離（しみ出し距離）は、１／γｃのおよそ３倍として概略見積もることが可能である。ただし、しみ出し距離の見積もり方法は上記の具体例に限定されるものではない。
【００４４】
次に、多層クラッド２０への光のしみ出し量について詳しく説明する。
図１３は、Ｓｉ層およびＳｉＯ２層が占有率ｆ１：ｆ２＝０．２５：０．７５で積層された十分に厚い多層クラッドへの光のしみ出し量をコア最上部からの距離に応じて計算した一例である。なお、上記の計算における光のしみ出し量は、図１４に示すように、多層クラッド内のコア最上部から距離ｄ（ｎｍ）だけ離れた場所に注目し、それより上部（コアから離れる方向）に光がどれだけしみ出すかを、界分布全体の積分値を１としたときの割合（％）として定義している。また、図１３には、Ｓｉ層およびＳｉＯ２層の膜厚を占有率一定で変化させた場合（具体的には、Ｓｉ層およびＳｉＯ２層の膜厚の組み合わせが、（１０ｎｍ，３０ｎｍ）、（２５ｎｍ，７５ｎｍ）および（５０ｎｍ，１５０ｎｍ）の３通り）の計算結果が、クラッドをＳｉＯ２の単層膜とした場合の計算結果と合わせて示してある。
【００４５】
図１３の計算結果より、多層クラッドを採用することによって、光のしみ出し量の偏波依存性が、ＳｉＯ２の単層膜の場合と比較して格段に大きくなることが明らかである。また、ＴＥおよびＴＭの各偏波モードのしみ出し量は、Ｓｉ層およびＳｉＯ２層の膜厚を占有率一定で変化させても大きな差は生じないことが分かる。これは積層周期Ｄのトレランスが十分に大きいことを意味しているので、多層クラッド２０を作製する際の膜厚制御も容易である。
【００４６】
なお、上述した多層クラッド２０を適用した光導波路の説明では、多層クラッド２０が偏波モードのサイズと比較して十分に厚い場合について考えたが、実際のデバイスでは、多層クラッド２０のトータルの膜厚は有限の値となるため光の閉じ込め条件が変わる。しかしながら、多層クラッド２０が薄い場合の外部（空気層）への光のしみ出し量は、多層クラッド２０が十分に厚いと仮定した場合の当該クラッドへの光のしみ出し量にほぼ比例すると考えることができる。
【００４７】
また、上述した多層膜の実効屈折率は、厳密には多層膜が無限に繰り返される場合に対して成り立つ議論であるが、多層クラッド２０の適用によって光導波路の偏波依存性を増大させる効果は、多層クラッド２０の積層周期数が１周期（２層）であったとしても十分に得られことが、次の図１５〜図１８に示すシミュレーション結果より明らかである。
図１５は、ＬＮ導波路上にＳｉＯ２層を１５０ｎｍの膜厚で形成し、さらにその上にＳｉ層を５０ｎｍの膜厚で積層して２層のクラッドを設けた場合（Ｓｉ層およびＳｉＯ２層の占有率ｆ１：ｆ２＝０．２５：０．７５、積層周期Ｄ＝２００ｎｍの１周期）の界分布形状を示したものである。また、図１６は、ＬＮ導波路上にＳｉＯ２の単層膜（厚さ２００ｎｍ）からなるクラッドを設けた場合の界分布形状を示したものである。さらに、図１７は、無限厚の多層膜を仮定した場合の実効屈折率（ｎ＝２．１２）を持つ厚さ２００ｎｍの単層クラッドを設けた場合の界分布形状を示したものである。加えて、図１８は、図１５〜図１７の違いを分かり易くするために、クラッド上方の部分（空気層）を拡大したものである。
【００４８】
図１５〜図１８より、２層クラッドを適用した場合の空気層への光のしみ出しは、無限厚の多層膜の実効屈折率を持つ単層クラッドの場合よりも小さくなるが、それでも多層（２層）クラッドの適用によって、ＳｉＯ２の単層クラッドの場合よりも界分布形状の偏波依存性が大きくなっており、ＴＥモードのしみ出しが大きくなることが分かる。
ここで、多層クラッドの膜厚が有限である場合における空気層への光のしみ出し量についても説明を加えておく。
【００４９】
図１９は、Ｓｉ層およびＳｉＯ２層を占有率ｆ１：ｆ２＝０．２５：０．７５、積層周期Ｄ＝１００，２００，３００ｎｍで積層した各多層クラッドについて、各々のトータル膜厚（積層周期数）を変化させた場合の空気層への光のしみ出し量の変化を計算した結果である。いずれの多層クラッドの場合も、ＴＭモードのしみ出し量はＳｉＯ２単層膜の場合とほぼ同じであるが、ＴＥモードのしみ出し量は、トータル膜厚が積層周期Ｄと等しくなる２層のクラッドに該当するときでも、ＳｉＯ２単層膜の場合と比べて十分に大きくなっており、多層クラッドのトータル膜厚が十分厚いと仮定した場合の光のしみ出し量（図１３）との相関が強いことが分かる。
【００５０】
上記のような膜厚が有限の多層クラッドを利用して光導波路を実現する場合、多層クラッドの上部に金属などの光吸収材料を配置すれば、ＴＭと比べて多層クラッド外に大きくしみ出したＴＥが、光吸収材料でより大きな吸収損を受けることになる。ただし、低損失な偏光子を実現する（必要な偏波の損失をできるだけ避ける）という観点から多層クラッドのトータル膜厚を考えると、多層クラッド内部でＴＭが十分に減衰するようなトータル膜厚とするのが望ましく、上記の図１９に示した条件下では、トータル膜厚を６００ｎｍ程度に設定するのが良い。
【００５１】
以上説明したような多層クラッドを適用した光導波路デバイス（導波路型偏光子）は、従来のクラッドに複屈折材料を用いる手法による導波路型偏光子と似ているが、コア１１の屈折率との相対的な関係を満たす任意の材料を用いて多層クラッド２０を形成することができ、かつ、該多層クラッドは簡単な製造プロセスにより実現できるという点で大きなメリットがある。さらに、この多層クラッドを用いた光導波路構造を光変調器に適用する場合、光導波路と電極の間に配置されたバッファ層を上記の多層クラッドで置き換えるだけでよいため、新たなプロセスを導入する必要もなく、従来の光変調器の諸特性（チップ長、挿入損失、駆動電圧など）を劣化させることもない。
【００５２】
具体的に、前述した第１の設定条件による光導波路では、ＴＭのみが伝搬する導波路型偏光子が実現できるので、これを例えば上述の図２９に示したようなＬＮ光変調器に適用することにより、即ち、ＬＮ光変調器のバッファ層を上記の多層クラッド２０と同様の多層構造とすることによって、偏波消光比の高いＬＮ光変調器が実現できる。
また、前述した第２の設定条件による光導波路では、ＴＥの大きなしみ出しを利用して、多層クラッド２０の膜厚を、ＴＭは十分減衰するようにし、かつ、ＴＥについては減衰途中で打ち切るような厚さに設定し、当該多層クラッド２０の上部に光吸収体を設ければ、ＴＥだけを選択的に減衰させる導波路型偏光子が実現でき、これを上記第１の設定条件の場合と同様にしてＬＮ光変調器に適用することで、偏波消光比の高いＬＮ光変調器を実現することが可能である。第２の設定条件による光導波路を適用したＬＮ光変調器の場合、多層構造のバッファ層の厚さが薄くなるため、より低い駆動電圧でＬＮ光変調器を駆動することができる。また、上記の光吸収体として駆動電圧が印加される電極を利用することも可能である。
【００５３】
次に、上述した本発明による光導波路デバイスの具体的な実施例を列挙する。
図２０は、本発明による光導波路デバイスの第１実施例の構成を示す断面図である。
第１実施例は、ｚ−カットのＬｉＮｂＯ３基板１０にＴｉ拡散によりコア１１を形成し、そのコア１１の上部にＳｉを用いた高屈折率層２１とＳｉＯ２を用いた低屈折率層２２とを、占有率ｆ１：ｆ２＝０．２５：０．７５、積層周期Ｄ＝２００ｎｍ（つまり、Ｓｉ層の膜厚ｄ１＝５０ｎｍ、ＳｉＯ２層の膜厚ｄ２＝１５０ｎｍ）でＳｉＯ２層を最下層として積層することにより多層クラッド２０を形成して、導波路型偏光子を実現したものである。
【００５４】
図２１は、本発明による光導波路デバイスの第２実施例の構成を示す断面図である。
第２実施例は、上記図２０に示した第１実施例の構成について、多層クラッド２０の最下層（ＳｉＯ２層）の膜厚だけを他のＳｉＯ２層の膜厚とは異ならせた（理想的には１／２）多層クラッド２０’を設けるようにした応用例である。多層クラッドのコアとの接続部分の膜厚を相違させることで、図２２に示す光のしみ出し量のシミュレーション結果にあるように、ＴＥモードの多層クラッドへのしみ出し量がより大きくなるという効果が得られる。これは、接続部分の膜厚を変化させると、境界条件（各層の境界において電界と磁界の接線成分が連続）を満たす解（電磁界分布形状）が変化し、膜厚が半分のときにコア・クラッド境界部分（コア１１と多層クラッド２０’との間）の電磁界が最も強くなるためである。
【００５５】
図２３は、本発明による光導波路デバイスの第３実施例の構成を示す断面図である。
第３実施例は、上記図２０に示した第１実施例の構成について、多層クラッド２０のトータル膜厚を６００ｎｍ（つまり３周期）で打ち切った多層クラッド２０”を設け、その多層クラッド２０”の上部に金属層３０を形成するようにした変形例である。この第３実施例の構成におけるＴＥおよびＴＭの各偏波モードに対する伝搬損失は、クラッドがＳｉＯ２の単層膜である場合の実験結果（多層クラッド２０”と同じく、単層クラッドの膜厚が６００ｎｍで、ＴＥおよびＴＭに対する伝送損失が０．１ｄＢ／ｃｍ程度）を利用し、伝搬損失が光のしみ出し量に比例すると考えることで算出可能であり、その計算結果の一例を図２４に示しておく。図２４の計算結果より、３０ｍｍ程度の伝搬距離において４０ｄＢ程度の偏波消光比が実現できることが分かる。また、このときのＴＭの伝搬損失は０．１ｄＢ／ｃｍ程度で十分に小さいことも分かる。したがって、第３実施例の構成によっても、ＴＭのみを低損失で導波することが可能な導波路型偏光子を実現できている。
【００５６】
図２５は、本発明による光導波路デバイスの第４実施例の要部構成を示す図である。
第４実施例は、上記第１〜第３実施例のいずれかにおける多層クラッドの構造を、上述の図２９に示した一般的なＬＮ光変調器のバッファ層に適用したものである。第４実施例によるＬＮ光変調器の構成が従来のＬＮ光変調器の構成と異なる点は、バッファ層が本発明の条件を満たす多層構造になっているという点だけである。このため、従来、単層スパッタで作製していたバッファ層を、多元スパッタで成膜するという製造プロセスの変更を行うだけで、図２５に示したような構成のＬＮ光変調器を実現できるので、その製造コストは従来の場合と大差ない。また、前述の図２４に示した計算結果より、多層構造のバッファ層の適用によって高い偏波消光比を実現するには、比較的長い伝搬距離（数ｃｍ程度）が必要であるが、一般的なＬＮ光変調器は光導波路上にバッファ層を介して電極が配置されおり、その電極長は通常３０ｍｍ以上あるため、電極下に形成されるバッファ層が多層構造化されることで十分に高い偏波消光比を実現可能である。具体的には、Ｓｉ層とＳｉＯ２層によるバッファ層の多層構造化によって、ＬＮ光変調器の偏波消光比を４０ｄＢ以上に向上させることが可能になる。
【００５７】
なお、上述した第１〜第４実施例では、基板の表面付近に形成されたコアの上に多層クラッド（多層構造のバッファ層）を設けた構成例を示したが、本発明における多層クラッドの配置は上記の一例に限定されるものではない。例えば図２６の断面図に示すように、コアの下に配置される下部クラッドに多層構造を適用しても、上述した各実施例の場合と同様の効果を得ることが可能である。また、例えば図２７の断面図に示すように、コアの上下に配置されるクラッドの双方に多層構造を適用することも勿論可能であり、この場合には、光導波路の偏波依存性をより大きくすることができるようになる。さらに、例えば図２８の断面図に示すように、コアの左右に配置されるクラッドについて、コアから離れる方向に低屈折率層および高屈折率層を交互に形成するようにした多層構造を適用するようにしてもよい。このような構成は、例えばｘ−カットのＬＮ基板を用いた光導波路デバイスに偏光子としての機能を持たせるのに有効である。
【００５８】
また、上述した第１〜第４実施例では、多層クラッドの高屈折率層の材料としてＳｉを用い、低屈折率層の材料としてＳｉＯ２を用いる場合について説明したが、本発明の多層クラッドの材料は上記の一例に限定されるものではなく、コアの屈折率に応じて各層の材料を適宜に選択することが可能である。例えば、ＳｉＯ２の代わりに、特許第３００１０２７号公報等に記載されているような、不純物をドープしたＳｉＯ２を用いた場合でも全く同様の結果が得られる。
【００５９】
さらに、多層クラッド内における各層の膜厚比を一定（第２実施例の場合は最下層のみ除く）としたが、多層クラッド内で膜厚比を変化させて実効屈折率に分布を持たせるようにしてもよい。加えて、低屈折率層または高屈折率層をさらに多層化して３種類以上の層を１つの周期として積層することにより多層クラッドを形成する応用も可能である。
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【００６０】
（付記１）  基板に形成された相対的に高い屈折率を有するコアと、該コアを覆うように配置された相対的に低い屈折率を有するクラッドとからなる光導波路を備えた光導波路デバイスにおいて、
前記クラッドの一部に、前記コアより屈折率の低い材料を用いた低屈折率層と、前記コアより屈折率の高い材料を用いた高屈折率層とをそれぞれ１層以上前記コアから離れる方向に積み重ねて形成した多層構造部を有し、該多層構造部における前記低屈折率層および前記高屈折率層の積層周期が、前記低屈折率層を構成する材料を用いた単層クラッドを仮定した場合に前記コアを導波する偏波モードが前記単層クラッドにしみ出す距離よりも短くなるように設定されていることを特徴とする光導波路デバイス。
【００６１】
（付記２）  付記１に記載の光導波路デバイスであって、
前記クラッドの多層構造部は、光導波路に入射される光の直交する偏波モードのうちの一方の偏波モードに対する実効屈折率が前記コアの屈折率よりも低く、他方の偏波モードに対する実効屈折率が前記コアの屈折率よりも高くなるように、前記低屈折率層および前記高屈折率層の積層周期と膜厚比とが設定されていることを特徴とする光導波路デバイス。
【００６２】
（付記３）  付記１に記載の光導波路デバイスであって、
前記クラッドの多層構造部は、光導波路に入射される光の直交する偏波モードそれぞれに対する実効屈折率が前記コアの屈折率よりも低くなるように、前記低屈折率層および前記高屈折率層の積層周期と膜厚比とが設定されており、
前記多層構造部の前記コアとは反対側に位置する端面近傍に光吸収体を備えたことを特徴とする光導波路デバイス。
【００６３】
（付記４）  付記３に記載の光導波路デバイスであって、
前記光吸収体は、金属材料を用いて構成されたことを特徴とする光導波路デバイス。
【００６４】
（付記５）  付記１に記載の光導波路デバイスであって、
前記クラッドの多層構造部は、前記低屈折率層および前記高屈折率層をそれぞれ２層以上積み重ねる場合に、前記コアに接する低屈折率層の膜厚が他の低屈折率層の膜厚と異なることを特徴とする光導波路デバイス。
【００６５】
（付記６）  電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された相対的に高い屈折率を有するコアおよび該コアを覆うように配置された相対的に低い屈折率を有するクラッドからなる光導波路と、該光導波路の近傍に配置された電極と、前記光導波路および前記電極の間に配置され前記電極による光吸収を抑圧するバッファ層と、を備え、前記電極に印加される駆動電圧によって生じる電気光学効果により前記光導波路を伝搬する光を変調する光変調器において、
前記バッファ層は、前記コアより屈折率の低い材料を用いた低屈折率層と、前記コアより屈折率の高い材料を用いた高屈折率層とをそれぞれ１層以上前記コアから前記電極に向かう方向に積み重ねた多層構造を有し、該多層構造における前記低屈折率層および前記高屈折率層の積層周期が、前記低屈折率層を構成する材料を用いた単層バッファを仮定した場合に前記コアを導波する偏波モードが前記単層バッファにしみ出す距離よりも短くなるように設定されていることを特徴とする光変調器。
【００６６】
（付記７）  付記６に記載の光変調器であって、
前記多層構造のバッファ層は、光導波路に入射される光の直交する偏波モードのうちの一方の偏波モードに対する実効屈折率が前記コアの屈折率よりも低く、他方の偏波モードに対する実効屈折率が前記コアの屈折率よりも高くなるように、前記低屈折率層および前記高屈折率層の積層周期と膜厚比とが設定されていることを特徴とする光変調器。
【００６７】
（付記８）  付記６に記載の光変調器であって、
前記多層構造のバッファ層は、光導波路に入射される光の直交する偏波モードそれぞれに対する実効屈折率が前記コアの屈折率よりも低くなるように、前記低屈折率層および前記高屈折率層の積層周期と膜厚比とが設定されており、
前記バッファ層の前記コアとは反対側に位置する端面近傍に光吸収体を備えたことを特徴とする光変調器。
【００６８】
（付記９）  付記８に記載の光変調器であって、
前記光吸収体は、前記電極であることを特徴とする光変調器。
【００６９】
（付記１０）  付記６に記載の光変調器であって、
前記基板がニオブ酸リチウム基板であるとき、
前記多層構造のバッファ層は、前記低屈折率層の材料としてＳｉＯ２を使用し、前記高屈折率層の材料としてＳｉを使用することを特徴とする光変調器。
【００７０】
（付記１１）  付記７に記載の光変調器であって、
前記基板がｚ−カットのニオブ酸リチウム基板であるとき、
前記多層構造のバッファ層は、ＴＭモードに対する実効屈折率が前記コアの屈折率よりも低く、ＴＥモードに対する実効屈折率が前記コアの屈折率よりも高くなるように、前記低屈折率層および前記高屈折率層の積層周期と膜厚比とが設定されていることを特徴とする光変調器。
【００７１】
（付記１２）  付記８に記載の光変調器であって、
前記基板がｚ−カットのニオブ酸リチウム基板であるとき、
前記多層構造のバッファ層は、ＴＭモードおよびＴＥモードそれぞれに対する実効屈折率が前記コアの屈折率よりも低くなるように、前記低屈折率層および前記高屈折率層の積層周期と膜厚比とが設定されており、
前記光吸収体は、ＴＭモードおよびＴＥモードのうちのＴＥモードのみを吸収して減衰させることを特徴とする光変調器。
【００７２】
（付記１３）  付記６に記載の光変調器であって、
前記多層構造のバッファ層は、前記低屈折率層および前記高屈折率層をそれぞれ２層以上積み重ねる場合に、前記コアに接する低屈折率層の膜厚が他の低屈折率層の膜厚と異なることを特徴とする光変調器。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明による光導波路デバイスの一実施形態の要部構成を示す断面図である。
【図２】多層膜における構造複屈折を説明するための図である。
【図３】Ｓｉ層とＳｉＯ２層からなる多層膜の実効屈折率と積層周期の関係を示す図である。
【図４】ＬＮ光導波路上にＳｉ層とＳｉＯ２層からなる多層クラッドを設けたときの２次元スラブモデルにおける屈折率の変化を示す図である。
【図５】多層クラッドの第１の設定条件について光導波路を伝搬する光の界分布形状をシミュレーションした結果を示す図である。
【図６】多層クラッドの第２の設定条件について光導波路を伝搬する光の界分布形状をシミュレーションした結果を示す図である。
【図７】ＬＮ光導波路上にＳｉＯ２の単層クラッドを設けたときの２次元スラブモデルにおける屈折率の変化を示す図である。
【図８】図７の光導波路を伝搬する光の界分布形状をシミュレーションした結果を示す図である。
【図９】図６および図８の界分布形状のクラッド部分を拡大して示した図である。
【図１０】多層クラッド内において電界強度がピーク値の０．５％以下になる距離と積層周期との関係を示した図である。
【図１１】クラッドへの光のしみ出し距離を説明するために用いる３層スラブ導波路を示す図である。
【図１２】クラッドへの光のしみ出し距離が１／γｃに対応することを説明する図である。
【図１３】多層クラッドへの光のしみ出し量をコア最上部からの距離に応じて計算した一例を示す図である。
【図１４】しみ出し量の定義を説明するための図である。
【図１５】ＬＮ導波路上に２層のクラッドを設けた場合の界分布形状を示す図である。
【図１６】ＬＮ導波路上にＳｉＯ２の単層膜からなるクラッドを設けた場合の界分布形状を示す図である。
【図１７】限厚の多層膜を仮定した場合の実効屈折率を持つ単層クラッドを設けた場合の界分布形状を示す図である。
【図１８】図１５〜図１７の分布形状の空気層の部分を拡大して示した図である。
【図１９】多層クラッドの膜厚が有限の場合の空気層への光のしみ出し量を計算した結果を示す図である。
【図２０】本発明による光導波路デバイスの第１実施例の構成を示す断面図である。
【図２１】本発明による光導波路デバイスの第２実施例の構成を示す断面図である。
【図２２】第１、２実施例における光のしみ出し量のシミュレーション結果を示す図である。
【図２３】本発明による光導波路デバイスの第３実施例の構成を示す断面図である。
【図２４】第３実施例における各偏波モードの伝搬損失の計算結果を示す図である。
【図２５】本発明による光導波路デバイスの第４実施例の構成を示す断面図である。
【図２６】コアの下に多層クラッドを配置した構成例を示す断面図である。
【図２７】コアの上下に多層クラッドを配置した他の構成例を示す断面図である。
【図２８】コアの左右に多層クラッドを配置した別の構成例を示す断面図である。
【図２９】一般的なＬＮ光変調器の構造の一例を示した図である。
【図３０】従来の手法による導波路型偏光子をＬＮ光変調器に適用した場合の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０…基板
１１…コア
２０，２０’，２０”…多層クラッド
２１…高屈折率層
２２，２２’…低屈折率層
３０…金属層
Ｄ…積層周期
ｄ１，ｄ２…膜厚
ｆ１，ｆ２…占有率
【図３】
2007333756.tif 000008
【図４】
2007333756.tif 000009
【図５】
2007333756.tif 000010
【図６】
2007333756.tif 000011
【図７】
2007333756.tif 000012
【図８】
2007333756.tif 000013
【図９】
2007333756.tif 000014
【図１０】
2007333756.tif 000015
【図１３】
2007333756.tif 000016
【図１４】
2007333756.tif 000017
【図１５】
2007333756.tif 000018
【図１６】
2007333756.tif 000019
【図１７】
2007333756.tif 000020
【図１８】
2007333756.tif 000021
【図１９】
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【図１】
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【図２】
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【図１１】
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【図１２】
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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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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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