具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的实施方式。

[第一实施方式]

对本发明的第一实施方式的光波导元件进行说明。

图1是示意性地表示本发明的第一实施方式的光波导元件1的光波导附近的立体图。需要说明的是，在附图中，将光波导元件1的宽度方向定义为X轴，将光波导元件1的长度方向定义为Y轴，将光波导元件1的高度方向定义为Z轴。

图1所示的光波导元件1具备支承基板2、层叠在支承基板2上的波导层3。

支承基板2是对波导层3的强度进行补充，而能够稳定地支承波导层3的基板。支承基板2的高度方向的尺寸没有特别限定，例如为几百μm。支承基板2的材料没有特别限定，例如为石英玻璃等陶瓷。

波导层3是由具有电光效应的材料形成并层叠在支承基板2上的薄板。在波导层3中，可以使用例如铌酸锂(LiNbO₃：以下记载为LN)作为具有电光效应的材料，但是也可以使用钽酸锂或锆钛酸铅镧(PLZT)、半导体等。而且，向波导层3填充的材料优选具有避免产生传播损失的程度的透过率，特别是优选选择在光波导中传播的光波的波长下具有高透过率的材料。

在波导层3的上表面设置由与波导层3相同的材料构成的脊部4。脊部4突出地设置于波导层3的上表面，以成为截面凸形状的方式形成。脊部4具有将光波封入的作用，因此被利用作为光波导。光波导的延伸方向与脊部4的延伸方向(图1的Y轴方向)一致。

需要说明的是，在光波导中传播的光波的传播方向可以是Y轴的正方向，也可以是负方向。例如在图1的立体图中，光波可以从附图的近前侧朝向里侧在由脊部4形成的光波导中传播，反之，也可以从附图的里侧朝向近前侧在由脊部4形成的光波导中传播。而且，如后所述，例如在图6所示的向光调制器10A装入的光波导元件1中，在区间S1中，光波向图1所示的Y轴的正方向传播，在区间S2中，光波向图1所示的Y轴的负方向传播。

在本说明书中，示出相对于波导层3的上表面垂直地突出且截面形状成为矩形的脊部4作为一例。但是，脊部4没有限定为该结构，可以设置例如截面形状成为梯形的脊部4。

在位于脊部4的正下方的支承基板2的上表面设有槽部5。槽部5通过挖削支承基板2的上表面而形成的挖削面来划定槽，以成为截面凹形状的方式形成。在图1中，为了将槽部5的形状表示在附图上，将支承基板2、波导层3及脊部4仅表示轮廓而使其透明，并通过网格表示填充于槽部5的材料。

通过槽部5划定的槽的截面积以沿着光波导的延伸方向即脊部4的延伸方向连续变化的方式设定。需要说明的是，连续变化是指没有不连续地变化的位置而平滑连接地变化，例如是指以恒定的变化率逐渐变化。

在本发明的第一实施方式中设定为，沿着脊部4的延伸方向，槽部5的高度方向的尺寸保持恒定，通过槽部5的宽度方向的尺寸连续变化而槽的截面积连续变化。设定为，在图1的立体图的近前侧，槽部5的宽度方向的尺寸设定得大，随着向附图的里侧前进而槽部5的宽度方向的尺寸逐渐减小，在附图的最里侧，槽部5的宽度方向的尺寸成为零。槽部5的宽度方向的尺寸为零是指未形成槽部5或者槽部5消失。

在本说明书中，示出相对于支承基板2的上表面垂直地挖削而截面形状成为矩形的槽部5作为一例。但是，槽部5没有限定为该结构，可以设置例如截面形状成为梯形的槽部5。而且，槽部5可以将脊部4的形状形成为上下颠倒的形状等，对应于脊部4的形状而形成。

优选在槽部5填充具有与波导层3的材料相同程度的有效折射率的材料。即，在将波导层3的材料的折射率设为n₁，将填充于槽部5的材料的折射率设为n₂的情况下，优选为n₁≈n₂。具有与波导层3的材料相同程度的有效折射率的材料可以是例如LN等的与构成波导层3的材料相同的材料，也可以是氮化硅(SiN)或树脂等。而且，在将存在于脊部4的上方的外部空气的折射率设为n₀，将支承基板2的材料的折射率设为n₃的情况下，优选为n₀<n₁及n₃<n₁。

图2是用于说明本发明的第一实施方式的光波导元件1的各部的尺寸的示意性的剖视图。脊部4的高度方向的尺寸(高度h₁)设定为例如2μm以下。槽部5的高度方向的尺寸(深度h₂)设定为与例如脊部4的高度方向的尺寸(高度h₁)大致相同。脊部4的宽度方向的尺寸(宽度w₁)设定为例如4μm以下。从脊部4的上表面至槽部5的底面为止的高度方向的尺寸(高度h₃)设定为与例如脊部4的宽度方向的尺寸(宽度w₁)大致相同。

槽部5的宽度方向的尺寸(宽度w₂)根据脊部4的延伸方向而设定为不同的值。在槽部5的宽度方向的尺寸(宽度w₂)为零的情况下，未形成槽部5。而且，如后所述在与光纤耦合的耦合部处，槽部5的宽度方向的尺寸(宽度w₂)设定为与例如脊部4的宽度方向的尺寸(宽度w₁)大致相同。

脊部4的高度方向的尺寸(高度h₁)优选设定为比槽部5的高度方向的尺寸(深度h₂)的一半大且比该尺寸(深度h₂)的2倍小。即，优选为h₂/2<h₁<2×h₂。而且，脊部4的宽度方向的尺寸(宽度w₁)优选设定为比从脊部4的上表面至槽部5的底面为止的高度方向的尺寸(高度h₃)的一半大且比该尺寸(高度h₃)的2倍小。即，优选为h₃/2<w₁<2×h₃。通过这样适当地确定脊部4及槽部5的尺寸，能够向光波导元件1的光波导适当地封入单模的光波。

图3A～图3C是图1所示的光波导元件1的光波导附近的结构的三视图。图3A是图1所示的光波导元件1的光波导附近的结构的俯视图，图3B是图1所示的光波导元件1的光波导附近的结构的主视图，图3C是图1所示的光波导元件1的光波导附近的结构的侧视图。需要说明的是，在图3A～图3C中，与图1同样，为了将槽部5的形状表现在附图上，将支承基板2、波导层3及脊部4仅表示轮廓而设为透明，并通过网格表示向槽部5填充的材料。

槽部5的宽度方向的尺寸沿脊部4的延伸方向连续变化的状态特别是在图3A的俯视图中明确地示出。槽部5的宽度方向的尺寸设定为沿图3A的Y轴方向逐渐减小，槽部5在图3A的俯视图中具有沿Y轴方向前端变细的楔形形状。需要说明的是，槽部5的Y轴方向的尺寸(楔形形状的长度方向的尺寸)优选为不会产生与光束形状的急剧的变化相伴的传播损失的程度的长度，例如设定为500μm以上。

此外，参照图4A～图4C所示的剖视图，说明槽部5沿脊部4的延伸方向具有楔形形状的情况。

图4A是图3C的侧视图中的A-A剖视图，在图1的立体图中示出近前侧的剖面结构。在图4A的A-A剖视图中，从脊部4的上表面至槽部5的底面为止的高度方向的尺寸(图2的高度h₃)与脊部4的宽度方向的尺寸(图2的宽度w₁)大致相同。而且，槽部5的高度方向的尺寸(图2的深度h₂)与脊部4的高度方向的尺寸(图2的高度h₁)大致相同，槽部5的宽度方向的尺寸(图2的宽度w₂)与脊部4的宽度方向的尺寸(图2的宽度w₁)大致相同。即，从波导层3突出的脊部4的截面形状与在支承基板2挖削的槽部5的截面形状相对于波导层3成为对称。

图4B是图3C的侧视图中的B-B剖视图，在图1的立体图中示出大致中央部的剖面结构。在图1的立体图中，随着从近前侧向里侧沿Y轴方向前进而槽部5的宽度方向的尺寸连续减小。并且，在图4B的B-B剖视图中示出的大致中央部的剖面结构中，槽部5的宽度方向的尺寸(图2的宽度w₂)成为脊部4的宽度方向的尺寸(图2的宽度w₁)的约一半。

图4C是图3C的侧视图中的C-C剖视图，在图1的立体图中示出最里侧的剖面结构。随着沿Y轴方向前进而槽部5的宽度方向的尺寸进一步减小，在图4C的C-C剖视图中示出的最里侧的剖面结构中，槽部5的宽度方向的尺寸(图2的宽度w2)为零，槽部5消失。图4C的C-C剖视图中示出的剖面结构与通常的脊型波导的剖面结构相同。

图5A～图5C是表示本发明的第一实施方式的光波导元件1的电场强度模拟的结果的图。图5A是表示图4A的剖面结构的光强度分布的图。图5B是表示图4B的剖面结构的光强度分布的图。图5C是表示图4C的剖面结构的光强度分布的图。在图5A～图5C中，光强度分布由浓淡表示，浓度越浓，则表示光强度越高，浓度越淡，则表示光强度越弱。

需要说明的是，在本说明书中，将光波整体在传送介质内行进的方向记载为传播方向，将与光波的传播方向垂直的截面中的光强度分布表示的形状记载为光束形状。光束形状除了几何学形状之外，还包含该形状的尺寸。例如，两个光波的光束形状匹配是指一方的光波的光强度分布的几何学形状及尺寸与另一方的光波的光强度分布的几何学形状及尺寸一致。

在图4A所示的剖面结构中，从脊部4的上表面至槽部5的底面为止的高度方向的尺寸与脊部4的宽度方向的尺寸大致相同，而且，脊部4的宽度方向的尺寸与槽部5的宽度方向的尺寸大致相同。即，由脊部4的侧面及槽部5的侧面包围的区域成为高宽比1：1的大致正方形。由此，在光波导中传播的光波的光束形状如图5A所示成为与在光纤内传播的光波相同的接近于大致正圆的形状。

图4B所示的剖面结构与图4A相比，槽部5的宽度方向的尺寸减小。由此，关于在光波导中传播的光波，向槽部5扩展的区域减少，并且向脊部4扩展的区域增多。光波的光束形状如图5B所示成为稍微变形的形状。

图4C所示的剖面结构成为槽部5消失而与通常的脊型波导相同的形状。因此，如图5C所示，光波的光束形状成为以进入脊部4的方式变形的形状。

在光波向图1的Y轴的正方向传播的情况下，光波的光束形状从接近于大致正圆的形状(图5A所示的状态)逐渐变形(图5B所示的状态)，连续变化成与脊型波导相同的光束形状(图5C所示的状态)。槽部5的宽度方向的尺寸连续变化，因此图5A～图5C所示的光束形状也连续变化。

在本发明的第一实施方式中，以槽部5的宽度方向的尺寸相对于光波的传播方向连续减小的方式设置槽部5，由此能够从在光纤内传播的光波的光束形状(接近于大致正圆的形状)向在通常的脊型波导中传播的光波的光束形状连续变化。由于光波的光束形状连续变化，因此能够防止与不连续且急剧的变化相伴的损失发生。

而且，将以光波的光束形状成为接近于大致正圆的形状(图5A所示的状态)的方式形成的槽部5设置于与向光波导元件1导入光波的光纤耦合的耦合部，由此能够抑制从光纤导入的光波与从光纤导入而在光波导元件1的光波导中传播的光波之间的光束形状的不匹配。其结果是，能够减少光纤与光波导元件1耦合的耦合部的耦合损失。

另外，反之，光波向图1的Y轴的负方向传播的情况下，光波的光束形状从与脊型波导相同的光束形状(图5C所示的状态)逐渐成为变形少的形状(图5B所示的状态)，连续变化成接近于大致正圆的形状(图5A所示的状态)。由于槽部5的宽度方向的尺寸连续变化，因此图5A～图5C所示的光束形状也连续变化。

在本发明的第一实施方式中，以槽部5的宽度方向的尺寸相对于光波的传播方向连续增大的方式设置槽部5，由此能够从在通常的脊型波导中传播的光波的光束形状向在光纤内传播的光波的光束形状(接近于大致正圆的形状)连续变化。由于光波的光束形状连续变化，因此能够防止与不连续且急剧的变化相伴的损失发生。

而且，将以光波的光束形状成为接近于大致正圆的形状(图5A所示的状态)的方式形成的槽部5设置于与从光波导元件1导出光波的光纤耦合的耦合部，由此能够抑制从光纤导入而在光波导元件1的光波导中传播的光波与从光纤导出的光波之间的光束形状的不匹配。其结果是，能够减少光纤与光波导元件1的耦合部的耦合损失。

另外，在设置槽部5的情况下，光波以进入槽部5的方式扩展，因此光波的位置(例如光强度成为极大的位置)成为从脊部4分离而接近槽部5的位置。根据本发明的第一实施方式，通过设置槽部5而能够使光波的位置向槽部5侧移动。其结果是，能够减少光波在波导层3及脊部4与外部空气的交界部发生重叠的区域，能够抑制该交界部引起的散射，从而减少光波导元件1的光波导的传播损失。

接下来，说明包含本发明的第一实施方式的光波导元件1的光调制器的构成例。

图6是表示包含本发明的第一实施方式的光波导元件1的光调制器的第一构成例的俯视图。需要说明的是，在图6中，为了将槽部5的形状表现在附图上，使波导层3及脊部4为透明，通过线表示在脊部4的正下方形成的光波导，通过网格表示向槽部5填充的材料。

图6所示的光调制器10A是具有马赫-曾德尔型光波导的光调制器，包括光波导元件1和与该光波导元件1连接的输入侧光纤20及输出侧光纤30而构成。

输入侧光纤20是用于向光波导元件1的光波导导入光波的光纤。输出侧光纤30是用于从光波导元件1的光波导导出光波的光纤。在图6中，通过箭头表示输入侧光纤20及输出侧光纤30中的光波的传播方向。

光波导元件1通过脊部4(图6中未图示)形成马赫-曾德尔型光波导。在光波导元件1形成的光波导由输入波导11、两条第一分支波导13、两条并行波导15、两条第二分支波导17、输出波导19构成。

输入波导11在输入侧端部与输入侧光纤20连接，从该输入侧光纤20导入光波。输入波导11在由光耦合器等构成的分支部12分支成两条第一分支波导13。两条第一分支波导13分别在第一弯曲部14弯曲，成为相互并行的两条并行波导15。两条并行波导15分别在第二弯曲部16弯曲，成为两条第二分支波导17。两条第二分支波导17在由光耦合器等构成的合成部18再次合成而成为一条输出波导19。输出波导19在输出侧端部与输出侧光纤30连接，将由合成部18合成的光波向输出侧光纤30导出。

在马赫-曾德尔型光波导中，通常，在两条并行波导15分别设置调制部15a。调制部15a通过对于在两条并行波导15中分别传播的光波适当调制来调整光波的相位。需要说明的是，为了调制光波，在波导层3上配置有包含信号电极、接地电极的调制电极、向该调制电极传送电信号的传送线路等，但是在图6中，这些构成要素都省略图示。

在图6所示的光波导元件1中，在输入波导11的一部分(图6的区间S1)形成有槽部5。形成槽部5的区间S1例如是从连接输入侧光纤20的输入波导11的输入侧端部至输入波导11的中途的区间。区间S1的尺寸优选为不会产生与光束形状的急剧的变化相伴的传播损失的程度的长度，虽然依赖于波导层3、脊部4等的尺寸，但是设定为例如约500μm以上。

另外，在图6所示的光波导元件1中，在输出波导19的一部分(图6的区间S2)形成有槽部5。形成槽部5的区间S2例如是从输出波导19的中途至连接输出侧光纤30的输出波导19的输出侧端部的区间。区间S2的尺寸优选为不会产生与光束形状的急剧的变化相伴的传播损失的程度的长度，虽然依赖于波导层3、脊部4等的尺寸，但是设定为例如约500μm以上。

另一方面，区间S1及区间S2以外的光波导元件1的光波导可以采用例如未形成槽部5的通常的脊型波导的结构等任意的结构。特别是在调制部15a中，能够选择光波的调制效率更高的结构，由此，能够高效地进行调制部15a的光波的调制。

在区间S1中，在输入波导11的输入侧端部形成的槽部5如图4A所示的剖面结构那样，形成为，从脊部4的上表面至槽部5的底面为止的高度方向的尺寸与脊部4的宽度方向的尺寸大致相同，而且，脊部4的宽度方向的尺寸与槽部5的宽度方向的尺寸大致相同。通过这样形成槽部5，从输入侧光纤20导入的光波在保持接近于大致正圆的光束形状的状态下向光波导元件1的输入波导11导入。由此，能够减少输入侧光纤20与光波导元件1耦合的耦合部的耦合损失。

另外，在区间S1中，槽部5以宽度方向的尺寸沿着光波的传播方向连续减小的方式形成，以宽度方向的尺寸在输入波导11的中途成为零而槽部5消失的方式形成。通过这样形成槽部5，在输入波导11中，能够防止传播损失的发生，并能够使接近于大致正圆的光束形状向适合于脊型波导的光束形状变化，能够向通常的脊型波导顺畅地引导光波。

在区间S2中，槽部5将输出波导19的中途设为槽部形成的开始位置，以宽度方向的尺寸从该开始位置沿光波的传播方向连续增大的方式形成。通过这样形成槽部5，在输出波导19中，能够防止传播损失的发生，并能够使适合于脊型波导的光束形状向接近于大致正圆的光束形状变化，能够从通常的脊型波导向光纤顺畅地引导光波。

另外，在区间S2中，在输出波导19的输出侧端部形成的槽部5如图4A所示的剖面结构那样形成为，从脊部4的上表面至槽部5的底面为止的高度方向的尺寸与脊部4的宽度方向的尺寸大致相同，而且，脊部4的宽度方向的尺寸与槽部5的宽度方向的尺寸大致相同。通过这样形成槽部5，光波在成为接近于大致正圆的光束形状的状态下，从输出波导19向输出侧光纤30导出。由此，能够减少输出侧光纤30与光波导元件1耦合的耦合部的耦合损失。

图7是表示包含本发明的第一实施方式的光波导元件1的光调制器的第二构成例的俯视图。需要说明的是，在图7中，也与图6同样，为了将槽部5的形状表现在附图上，将波导层3及脊部4设为透明，通过线表示在脊部4的正下方形成的光波导，通过网格表示向槽部5填充的材料。

在与图6所示的光调制器10A进行了比较的情况下，在图7所示的光调制器10B中，在光波导元件1形成有槽部5的区间不同。以下，说明在图7所示的光波导元件1形成的槽部5。

在图7所示的光波导元件1中，在输入波导11(图7的区间S3)、第一分支波导13(图7的区间S4)、并行波导15的一部分(图7的区间S5)形成有槽部5。区间S3是包含输入波导11整体的区间。区间S4是包含第一分支波导13整体的区间。区间S5是从第一弯曲部14至并行波导15的中途的区间。但是，区间S5与调制部15a不重叠，区间S5的终端位于第一弯曲部14与调制部15a之间。区间S5的尺寸优选为不会产生与光束形状的急剧变化相伴的传播损失的程度的长度，虽然依赖于波导层3、脊部4等的尺寸，但是设定为例如约500μm以上。在设有槽部5的区间中，能够使光波的位置向槽部5侧移动。其结果是，能够减少光波在波导层3及脊部4与外部空气的交界部发生重叠的区域，能够抑制该交界部引起的散射，从而能够减少光波导元件1的光波导的传播损失。

另外，在图7所示的光波导元件1中，在并行波导15的一部分(图7的区间S6)、第二分支波导17(图7的区间S7)、输出波导19(图7的区间S8)形成有槽部5。区间S6是从调制部15a的中途至第二弯曲部16的区间。但是，区间S6与调制部15a不重叠，区间S6的始端位于调制部15a与第二弯曲部16之间。区间S6的尺寸优选为不会产生与光束形状的急剧变化相伴的传播损失的程度的长度，虽然依赖于波导层3、脊部4等的尺寸，但是设定为例如约500μm以上。区间S7是包含第二分支波导17整体的区间。区间S8是包含输出波导19整体的区间。在设有槽部5的区间中，能够使光波的位置向槽部5侧移动。其结果是，能够减少光波在波导层3及脊部4与外部空气的交界部发生重叠的区域，能够抑制该交界部引起的散射，从而能够减少光波导元件1的光波导的传播损失。

另一方面，区间S3～S8以外的光波导元件1的光波导可以采用例如未形成槽部5的通常的脊型波导的结构等任意的结构。特别是在调制部15a中，能够选择光波的调制效率更高的结构，由此，能够高效地进行调制部15a的光波的调制。

在区间S3中，在输入波导11的输入侧端部形成的槽部5如图4A所示的剖面结构那样形成为，从脊部4的上表面至槽部5的底面为止的高度方向的尺寸与脊部4的宽度方向的尺寸大致相同，而且，脊部4的宽度方向的尺寸与槽部5的宽度方向的尺寸大致相同。通过这样形成槽部5，从输入侧光纤20导入的光波在保持接近于大致正圆的光束形状的状态下向光波导元件1的输入波导11导入。由此，能够减少输入侧光纤20与光波导元件1的耦合部的耦合损失。

另外，在区间S3中，槽部5以沿着光波的传播方向具有与形成于输入侧端部的宽度方向的尺寸相同的尺寸的方式形成。即，在区间S3中，槽部5的宽度方向的尺寸不变化，保持为恒定的尺寸。通过这样形成槽部5，在输入波导11中，能够在维持接近于大致正圆的光束形状的状态下使光波传播，从而能够防止传播损失的发生。

另外，在区间S4中，也同样地，槽部5沿着光波的传播方向而宽度方向的尺寸不变化，以具有与区间S3相同的宽度方向的尺寸的方式形成。通过这样形成槽部5，在第一分支波导13中，能够在维持接近于大致正圆的光束形状的状态下使光波传播，从而能够防止传播损失的发生。

在区间S5中，在成为区间S5的始端的第一弯曲部14形成的槽部5如图4A所示的剖面结构那样形成为，从脊部4的上表面至槽部5的底面为止的高度方向的尺寸与脊部4的宽度方向的尺寸大致相同，而且，脊部4的宽度方向的尺寸与槽部5的宽度方向的尺寸大致相同。通过这样形成槽部5，在第一分支波导13中传播的光波在保持接近于大致正圆的光束形状的状态下向并行波导15导入。由此，能够减少从第一分支波导13(区间S4)向并行波导15(区间S5)导入光波时的损失。

另外，在区间S5中，槽部5以沿着光波的传播方向而宽度方向的尺寸连续减小的方式形成，以在并行波导15的中途(调制部15a的前段)而宽度方向的尺寸成为零且槽部5消失的方式形成。通过这样形成槽部5，在并行波导15中，能够防止传播损失的发生，并能够使接近于大致正圆的光束形状向适合于脊型波导的光束形状变化，能够向通常的脊型波导顺畅地引导光波。

在区间S6中，槽部5将并行波导15的中途(调制部15a的后段)设为槽部形成的开始位置，以宽度方向的尺寸从该开始位置沿着光波的传播方向连续增大的方式形成。通过这样形成槽部5，在并行波导15中，能够防止传播损失的发生，并使适合于脊型波导的光束形状向接近于大致正圆的光束形状变化，能够从通常的脊型波导向光纤顺畅地引导光波。

另外，在区间S6中，在成为区间S6的终端的第二弯曲部16形成的槽部5如图4A所示的剖面结构那样形成为，从脊部4的上表面至槽部5的底面为止的高度方向的尺寸与脊部4的宽度方向的尺寸大致相同，而且，脊部4的宽度方向的尺寸与槽部5的宽度方向的尺寸大致相同。通过这样形成槽部5，在并行波导15中传播的光波在保持接近于大致正圆的光束形状的状态下向第二分支波导17导入。由此，能够减少从并行波导15(区间S6)向第二分支波导17(区间S7)导入光波时的损失。

另外，在区间S7中，槽部5以沿着光波的传播方向具有与在区间S6的终端形成的宽度方向的尺寸相同的尺寸的方式形成。即，在区间S7中，槽部5的宽度方向的尺寸不变化，保持为恒定的尺寸。通过这样形成槽部5，在第二分支波导17中，能够在维持接近于大致正圆的光束形状的状态下使光波传播，从而能够防止传播损失的发生。

另外，在区间S8中，也同样地，槽部5以沿着光波的传播方向而宽度方向的尺寸不变化且具有与区间S7相同的宽度方向的尺寸的方式形成。通过这样形成槽部5，在输出波导19中，能够在维持接近于大致正圆的光束形状的状态下使光波传播，从而能够防止传播损失的发生。而且，光波以成为接近于大致正圆的光束形状的状态从输出波导19向输出侧光纤30导出。由此，能够减少输出侧光纤30与光波导元件1耦合的耦合部的耦合损失。

需要说明的是，在图6所示的光调制器10A中，在输入分支路15设置有槽部5成为楔形形状的区间S1，在输出分支路19设置有槽部5成为倒楔形形状(喇叭形状)的区间S2。在图7所示的光调制器10B中，在并行分支路15设置有槽部5成为楔形形状的区间S5和槽部5成为倒楔形形状(喇叭形状)的区间S6。然而，槽部5成为楔形形状或倒楔形形状的区间可以设置在与调制部15不重叠的任意的位置，例如，可以设置于第一分支波导13或第二分支波导17。

以下，说明本发明的第一实施方式的光波导元件1的制造工序。

参照图8A～图8C，说明光波导元件1的制造工序的第一例。需要说明的是，图8A～图8C图示出槽部5的宽度方向的尺寸与脊部4的宽度方向的尺寸大致相同的情况作为一例，但是槽部5的宽度方向的尺寸在光波导中对应于期望的光束形状而适当设定。

在第一步骤中，通过例如干法蚀刻等将支承基板2的一部分除去而形成槽部5。图8A示出第一步骤后的状态。

在第二步骤中，通过例如外延生长等，在形成有槽部5的支承基板2上使由LN等具有电光效应的材料构成的波导层3结晶生长。图8B示出第二步骤后的状态。

在第三步骤中，通过例如干法蚀刻等除去脊部4以外的部分，在波导层3形成脊部4。图8C示出第三步骤后的状态。

参照图8A～图8C说明的光波导元件1的制造工序适合于使向槽部5填充的材料与波导层3的材料(例如LN等)相同的情况。在第二步骤中能够同时进行向槽部5的材料的填充和波导层3的生长，能够以少的工序数制造本发明的第一实施方式的光波导元件1。

参照图9A～图9D，说明光波导元件1的制造工序的第二例。需要说明的是，图9A～图9D图示出槽部5的宽度方向的尺寸与脊部4的宽度方向的尺寸大致相同的情况作为一例，槽部5的宽度方向的尺寸在光波导中对应于期望的光束形状而适当设定。

在第一步骤中，通过例如干法蚀刻等除去支承基板2的一部分而形成槽部5。图9A示出第一步骤后的状态。

在第二步骤中，向槽部5填充所希望的材料。需要说明的是，在向槽部5填充了所希望的材料之后对支承基板2的表面进行研磨而使其平滑，由此在后续的第三步骤中，容易使成为波导层3的基础的基板粘贴于支承基板2。图9B示出第二步骤后的状态。

在第三步骤中，使成为波导层3的基础的基板粘贴于在槽部5埋入有所希望的材料的支承基板2。图9C示出第三步骤后的状态。

在第四步骤中，通过例如干法蚀刻等除去脊部4以外的部分，在波导层3形成脊部4。图9D示出第四步骤后的状态。

参照图9A～图9D说明的光波导元件1的制造工序适合于适当选择向槽部5填充的材料的情况。作为在第二步骤中向槽部5填充的材料，例如，可以选择与波导层3相同的材料(例如LN等)，也可以选择SiN、树脂等。而且，在第三步骤中通过基板的粘贴而能够在支承基板2上层叠波导层3，通过简易的工序，能够制造本发明的第一实施方式的光波导元件1。

[第二实施方式]

说明本发明的第二实施方式的光波导元件。

在上述的本发明的第一实施方式的光波导元件1中，沿着脊部4的延伸方向，槽部5的高度方向的尺寸保持恒定，通过使槽部5的宽度方向的尺寸连续变化而将槽的截面积设定为连续变化。另一方面，如图10所示，在本发明的第二实施方式的光波导元件41中，沿着脊部4的延伸方向，槽部5的宽度方向的尺寸保持恒定，通过使槽部5的高度方向的尺寸连续变化而将槽的截面积设定为连续变化。

需要说明的是，本发明的第二实施方式的光波导元件41除了槽部5的宽度方向的尺寸保持恒定而槽部5的高度方向的尺寸连续变化这一点之外，具有与本发明的第一实施方式的光波导元件1相同的结构。在此，关于该相同的结构，省略说明。

图10是示意性地表示本发明的第二实施方式的光波导元件41的光波导附近的立体图。需要说明的是，在附图中，将光波导元件41的宽度方向定义为X轴，将光波导元件41的长度方向定义为Y轴，将光波导元件41的高度方向定义为Z轴。而且，与图1同样，在图10中，为了将槽部5的形状表现在附图上，将支承基板2、波导层3及脊部4仅表示轮廓而设为透明，并通过网格表示向槽部5填充的材料。

在图10的立体图的近前侧，槽部5的高度方向的尺寸设定得大，随着向附图的里侧行进而槽部5的高度方向的尺寸逐渐减小，在附图的最里侧，槽部5的高度方向的尺寸设定成零。槽部5的高度方向的尺寸为零是指未形成槽部5或者槽部5消失。

图11A～图11C是图10所示的光波导元件41的光波导附近的结构的三视图。图11A是图10所示的光波导元件41的光波导附近的结构的俯视图，图11B是图10所示的光波导元件41的光波导附近的结构的主视图，图11C是图10所示的光波导元件41的光波导附近的结构的侧视图。需要说明的是，在图11A～图11C中，与图10同样，为了将槽部5的形状表现在附图上，将支承基板2、波导层3及脊部4仅表示轮廓而设为透明，并通过网格表示向槽部5填充的材料。

槽部5的高度方向的尺寸沿着脊部4的延伸方向连续变化的状态特别在图11C的侧视图中明确示出。槽部5的高度方向的尺寸设定为沿着图11A的Y轴方向逐渐减小，槽部5在图11C的俯视图中沿着Y轴方向具有前端变细的楔形形状。需要说明的是，槽部5的Y轴方向的尺寸(楔形形状的长度方向的尺寸)优选为不会产生与光束形状的急剧变化相伴的传播损失的程度的长度，例如设定为500μm以上。

而且，参照图12A～图12C所示的剖视图，说明槽部5沿脊部4的延伸方向具有楔形形状的情况。

图12A是图11C的侧视图中的D-D剖视图，在图10的立体图中示出近前侧的剖面结构。在图12A的D-D剖视图中，从脊部4的上表面至槽部5的底面为止的高度方向的尺寸(图2的高度h3)与脊部4的宽度方向的尺寸(图2的宽度w1)大致相同。而且，槽部5的高度方向的尺寸(图2的深度h2)与脊部4的高度方向的尺寸(图2的高度h1)大致相同，槽部5的宽度方向的尺寸(图2的宽度w2)与脊部4的宽度方向的尺寸(图2的宽度w1)大致相同。即，从波导层3突出的脊部4的截面形状与在支承基板2挖削的槽部5的截面形状相对于波导层3成为对称。

图12B是图11C的侧视图中的E-E剖视图，在图10的立体图中示出大致中央部的剖面结构。在图10的立体图中，随着从近前侧向里侧沿Y轴方向前进而槽部5的高度方向的尺寸连续减小。并且，在图12B的E-E剖视图所示的大致中央部的剖面结构中，槽部5的高度方向的尺寸(图2的深度h2)成为脊部4的高度方向的尺寸(图2的高度h1)的约一半。

图12C是图11C的侧视图中的F-F剖视图，在图10的立体图中示出最里侧的剖面结构。随着沿Y轴方向前进而槽部5的高度方向的尺寸进一步减小，在图12C的F-F剖视图所示的最里侧的剖面结构中，槽部5的高度方向的尺寸(图2的深度h2)为零，槽部5消失。图12C的F-F剖视图所示的剖面结构与通常的脊型波导的剖面结构相同。

图13A～图13C是表示本发明的第二实施方式中的光波导元件41的电场强度模拟的结果的图。图13A是表示图12A的剖面结构的光强度分布的图。图13B是表示图12B的剖面结构的光强度分布的图。图13C是表示图12C的剖面结构的光强度分布的图。在图13A～图13C中，光强度分布由浓淡表示，浓度越浓，则表示光强度越高，浓度越淡，则表示光强度越弱。

在图13A所示的剖面结构中，从脊部4的上表面至槽部5的底面为止的高度方向的尺寸与脊部4的宽度方向的尺寸大致相同，而且，脊部4的宽度方向的尺寸与槽部5的宽度方向的尺寸大致相同。即，由脊部4的侧面及槽部5的侧面包围的区域成为高宽比1：1的大致正方形。由此，在光波导中传播的光波的光束形状如图13A所示成为与在光纤内传播的光波相同那样的接近于大致正圆的形状。

图13B所示的剖面结构与图13A相比，槽部5的高度方向的尺寸减小。由此，在光波导中传播的光波向槽部5扩展的区域减少且向脊部4扩展的区域增多。光波的光束形状如图13B所示成为稍变形的形状。

关于图13C所示的剖面结构，槽部5消失而成为与通常的脊型波导相同的形状。因此，如图13C所示，光波的光束形状成为以向脊部4进入的方式变形的形状。

在光波向图10的Y轴的正方向传播的情况下，光波的光束形状从接近于大致正圆的形状(图13A所示的状态)逐渐变形(图13B所示的状态)，向与脊型波导相同的光束形状(图13C所示的状态)连续变化。由于槽部5的高度方向的尺寸连续变化，因此图13A～图13C所示的光束形状也连续变化。

在本发明的第二实施方式中，以槽部5的高度方向的尺寸相对于光波的传播方向连续减小的方式设置槽部5，由此能够从在光纤内传播的光波的光束形状(接近于大致正圆的形状)向在通常的脊型波导中传播的光波的光束形状连续变化。由于光波的光束形状连续变化，因此能够防止与不连续且急剧的变化相伴的损失发生。

而且，将以光波的光束形状成为接近于大致正圆的形状(图13A所示的状态)的方式形成的槽部5设置于与向光波导元件41导入光波的光纤耦合的耦合部，由此能够抑制从光纤导入的光波与从光纤导入而在光波导元件41的光波导中传播的光波之间的光束形状的不匹配。其结果是，能够减少光纤与光波导元件41耦合的耦合部的耦合损失。

另外，反之，在光波向图10的Y轴的负方向传播的情况下，光波的光束形状从与脊型波导相同的光束形状(图13C所示的状态)逐渐成为变形少的形状(图13B所示的状态)，向接近于大致正圆的形状(图13A所示的状态)连续变化。槽部5的高度方向的尺寸连续变化，因此图13A～图13C所示的光束形状也连续变化。

在本发明的第二实施方式中，以槽部5的高度方向的尺寸相对于光波的传播方向连续增大的方式设置槽部5，由此能够从在通常的脊型波导中传播的光波的光束形状向在光纤内传播的光波的光束形状(接近于大致正圆的形状)连续变化。由于光波的光束形状连续变化，因此能够防止与不连续且急剧的变化相伴的损失发生。

而且，将以光波的光束形状成为接近于大致正圆的形状(图13A所示的状态)的方式形成的槽部5设置于与从光波导元件41导出光波的光纤耦合的耦合部，由此能够抑制从光纤导入而在光波导元件41的光波导中传播的光波与从光纤导出的光波之间的光束形状的不匹配。其结果是，能够减少光纤与光波导元件41耦合的耦合部的耦合损失。

另外，在设有槽部5的情况下，光波以进入槽部5的方式扩展，因此光波的位置(例如光强度成为极大的位置)成为从脊部4分离而接近槽部5的位置。根据本发明的第二实施方式，与本发明的第一实施方式同样，通过设置槽部5而能够使光波的位置向槽部5侧移动。其结果是，能够减少光波在波导层3及脊部4与外部空气的交界部发生重叠的区域，能够抑制该交界部引起的散射，从而能够减少光波导元件41的光波导的传播损失。

使用本发明的第二实施方式的光波导元件41，能够实现与本发明的第一实施方式的光调制器10A(参照图6)、光调制器10B(参照图7)同样的光调制器。但是，在本发明的第二实施方式中，以高度方向的尺寸连续变化的方式形成槽部5。

在本发明的第二实施方式的光调制器中，在图6所示的光调制器10A所包含的光波导的区间S1中，以高度方向的尺寸相对于光波的传播方向连续减小的方式形成槽部5，在区间S2中，以高度方向的尺寸相对于光波的传播方向连续增大的方式形成槽部5。

另外，在本发明的第二实施方式的光调制器中，在图7所示的光调制器10B所包含的光波导的区间S5中，以高度方向的尺寸相对于光波的传播方向连续减小的方式形成槽部5，在区间S6中，以高度方向的尺寸相对于光波的传播方向连续增大的方式形成槽部5。

另外，本发明的第二实施方式的光波导元件41能够通过与本发明的第一实施方式中说明的制造工序(参照图8A～图8C及图9A～图9D)同样的工序制造。但是，在本发明的第二实施方式中，槽部5的高度方向的尺寸在光波导中对应于期望的光束形状而适当设定。

需要说明的是，在本说明书中，虽然单独说明了本发明的第一及第二实施方式，但是也可以将第一及第二实施方式组合。例如，可以是以高度方向的尺寸及宽度方向的尺寸这两方沿着脊部4的延伸方向连续变化的方式形成槽部5。

本发明没有限定为上述的实施方式、变形例，不脱离本发明的技术思想的范围内的各种变形例及设计变更等包含于本发明的技术范围内。

产业上的可利用性

本发明提供一种光波导元件，其能够减少与光纤耦合的耦合部的耦合损失并能够减少光波导的传播损失，能够适用于光通信领域、光计测领域等。

标号说明

1、41 光波导元件

2 支承基板

3 波导层

4 脊部

5 槽部

10A、10B 光调制器

11 输入波导

12 分支部

13 第一分支波导

14 第一弯曲部

15 并行波导

16 第二弯曲部

17 第二分支波导

18 合成部

19 输出波导

20 输入侧光纤

30 输出侧光纤