CN102308246A - 光调制器 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种光调制器，其可抑制MZ型波导的Y合波部中的模式不匹配光的发生、模式不匹配光混入到放射模式光、输出光的情况，并且可有效分离提取放射模式光和输出光。在电介质基板表面形成有马赫曾德尔型波导的光调制器中，其特征在于，该马赫曾德尔型波导的出射侧的Y合波部的合波后的波导是多模波导(2)，在将该多模波导(2)变更为成为单模波导的输出主波导(3)的部位，连接作为高次模用波导的输出副波导(4)，该多模波导(2)的长度为150μm以上。

Description

光调制器
技术领域
本发明涉及一种光调制器，尤其涉及一种在电介质基板表面形成有马赫曾德尔型波导的光调制器。
背景技术
在光通信领域、光测量领域中，大多使用在电介质基板表面形成有光波导的光波导元件。其中，为了进行光强度调制等光调制，从易于集成化、光调制高效化等角度出发，形成有马赫曾德尔型波导的光调制器的利用度较高。
在具有马赫曾德尔型波导(以下称为“MZ型波导”)的光调制器中，向MZ型波导的至少一个支路(分支波导)施加电场，控制在该支路中传送的光波的相位。并且，LiNbO3基板因温度变化、长时间的DC偏压控制等，易产生调制信号的动作点移位的所谓“漂移现象”。因此，如专利文献1至3所示，监控来自光调制器的输出光、从MZ型波导的Y合波部放射的放射模式光，调整施加到光调制器的DC偏压，以变为适当的动作点。
如图1(a)所示，MZ型波导的理想的Y合波部在两个分支波导1结合的Y合波部的分岔部分中，分支波导间的间隙为0，在从结合部2到输出波导3形状发生变化的部位(区域B和区域C的边界)，放射出放射模式光(高次模光)。并且，通过监控该放射模式光，可判断光调制器的调制状态(参照专利文献2)。
但是，实际的光波导的形状如图1(b)所示，分支波导间的间隙G无法是0。这是因为，形成光波导时的最少线宽是有限的。因该间隙的影响，在分支波导1结合的部位(区域A和区域B的边界)，发生光波的模式不匹配，产生在波导中传送的光波的一部分泄漏的所谓“模式不匹配光”。
模式不匹配光成为导致光调制器的光学特性退化的原因。尤其产生传送损失的增大、消光比退化的问题，还会产生因模式不匹配光与放射模式光干扰，或模式不匹配光本身被监控装置检测出，因此会无法准确地检测放射模式光等问题。
另一方面，进行了以下尝试：将光调制器中使用的电介质基板薄板化到20μm以下，从而降低用于驱动光调制器的驱动电压，或者实现驱动信号和传送光的速度匹配等。但如专利文献4所示，在薄板化的电介质基板内，从光波导泄漏出的光波在被封闭在基板内的状态下传送，因此无法分离模式不匹配光和放射模式光，根据情况不同，会形成放射模式光和信号光的分离也变得困难的状态。
进一步，在薄板化的光调制器中，光波导的线宽从通常(基板厚度数百μm)的5～7μm减少到2～4μm左右，因此分支波导的结合部(Y合波部)中的间隙G的影响和通常的相比变大，模式不匹配光的发生更为显著。
本申请人在专利文献4中公开了：为使放射模式光与信号光分离，用2×3分支波导形成MZ型波导的Y合波部。但在专利文献4公开的2×3分支波导的形状下，2分支波导结合时产生的模式不匹配光的一部分与光波导再结合，产生混入到放射模式光或输出光的问题。
专利文献1：日本特开平5-53086号公报
专利文献2：日本特开平5-134220号公报
专利文献3：日本特开2001-281507号公报
专利文献4：日本特开2006-301612号公报
发明内容
本发明为解决上述课题，提供一种光调制器，其可抑制MZ型波导的Y合波部中的模式不匹配光的发生、模式不匹配光混入到放射模式光、输出光的情况，并且可有效分离提取放射模式光和输出光。
为解决上述课题，技术方案1涉及的发明是一种光调制器，在电介质基板表面形成有马赫曾德尔型波导，其特征在于，该马赫曾德尔型波导的出射侧的Y合波部的合波后的波导是多模波导，在将该多模波导变更为成为单模波导的输出主波导的部位，连接作为高次模用波导的输出副波导，该多模波导的长度为150μm以上。
技术方案2涉及的发明的特征在于，在技术方案1所述的光调制器中，两个该输出副波导被配置成夹持该输出主波导，且以该输出主波导为中心线对称。
技术方案3涉及的发明的特征在于，在技术方案1或2所述的光调制器中，通过该Y合波部结合的两个分支波导的各自的宽度小于该输出主波导的宽度，该输出副波导的宽度小于该分支波导的宽度。
技术方案4涉及的发明的特征在于，在技术方案1至3的任意一项所述的光调制器中，该电介质基板的厚度为20μm以下。
技术方案5涉及的发明的特征在于，在技术方案1至4的任意一项所述的光调制器中，在到该马赫曾德尔型波导的入射侧的Y分支部为止的输入波导的中途，设置从该输入波导分支的高次模用波导。
根据技术方案1涉及的发明，在电介质基板表面形成有马赫曾德尔型波导的光调制器中，该马赫曾德尔型波导的出射侧的Y合波部的合波后的波导是多模波导，在将该多模波导变更为成为单模波导的输出主波导的部位，连接作为高次模用波导的输出副波导，因此在两个分支波导结合的部分，模式不会大幅度变化，不存在泄漏的区域(单模波导)，因此抑制了模式不匹配光的发生。进一步，该多模波导的长度为150μm以上，因此在两个分支波导的结合部产生的模式不匹配光与输出主波导或输出副波导的再次结合也在距离上受到限制，模式不匹配光不会混入到放射模式光或输出光中。
根据技术方案2涉及的发明，两个输出副波导夹持输出主波导，且以该输出主波导为中心线对称地配置，因此通过该输出副波导可稳定地导出放射模式光。
根据技术方案3涉及的发明，通过Y合波部结合的两个分支波导的各自的宽度小于输出主波导的宽度，输出副波导的宽度小于该分支波导的宽度，因此可使分支波导的结合部的模式直径、与作为接通状态的光波被输出的单模波导的输出主波导的模式直径基本一致，可高效从输出主波导导出输出光。
根据技术方案4涉及的发明，该电介质基板的厚度为20μm以下，因此模式不匹配光的影响变得明显，需要抑制模式不匹配光。因此，通过适用本发明的光调制器的构成，可降低用于驱动光调制器的驱动电压，并且实现驱动信号和传送光的速度匹配的同时，可抑制模式不匹配光。
根据技术方案5涉及的发明，在到马赫曾德尔型波导的入射侧的Y分支部为止的输入波导的中途，设置从该输入波导分支的高次模用波导，因此可通过高次模用波导去除在光输入部产生并在输入波导中传送的高次模光，从而可使Y分支部的光波的分支比接近1比1。当分支比不是1比1时，Y合波部中产生和调制无关的高次模。该不必要的光混入到输出主波导、输出副波导，消光比等特性退化。通过在入射部附加高次模用波导，可进一步抑制不需要的光的发生率。
附图说明
图1是说明MZ型波导的Y合波部中的不匹配光、放射模式光的发生状况的图。
图2是说明本发明的光调制器中使用的Y合波部附近的波导形状的图。
图3是说明Y合波部附近的波导形状差异造成的不同效果的图。
图4是表示将高次模用波导连接到输入波导的形态的图。
图5是表示图3(a)及(b)的两个波导形状下的、结合长度和输出副波导的最大光强度的关系的图表。
图6是表示图3(b)的波导形状下的两个分支波导的结合部分的间隙(gap)为0μm(理想值)、0.8μm(实际可实施的宽度)时的、结合长度和输出副波导的最大光强度的关系的图表。
标记的说明
1分支波导
2结合波导
3输出波导
4输出副波导
具体实施方式
以下详细说明本发明的光调制器。
图2是表示本发明的光调制器中使用的Y合波部附近的波导形状的图。
本发明的特征是，在电介质基板表面形成有马赫曾德尔型波导的光调制器中，该马赫曾德尔型波导的出射侧的Y合波部的合波后的波导2是多模波导，在将该多模波导(2)变更为成为单模波导的输出主波导(3)的部位(区域B和区域C的边界)，连接作为高次模用波导的输出副波导(4)。标记1是MZ型波导的支路，表示在Y合波部结合的两个分支波导。
光调制器的输出光的光强度Pc及放射模式光的光强度P±在设MZ型波导的各支路间的相位差为φ、耦合部的基本模式和高次模式的相位差为δ、基本模式光泄漏到两侧的输出副波导的比例为e2时，如下述数式1所示。但是，现有的光强度如上所述，Y合波部的模式不匹配光与作为高次模用波导的输出副波导再次结合，因此并不适用于数式1所示的公式，但本发明的光调制器中，可获得与该式接近的值。
(数式1)
P ± = 1 2 ( sin 2 [ φ ] + e 2 cos 2 [ φ ] ± e cos [ δ ] sin [ 2 φ ] )
Pc＝(1-e2)cos2[φ]
在本发明中，在两个分支波导结合的部分(Y合波部)，不存在模式大幅变化、或泄漏的区域(单模波导)，因此抑制了模式不匹配光的发生(向波导外的泄漏)。进一步，该多模波导的长度为150μm以上，因此也抑制了产生的模式不匹配光与输出主波导或输出副波导再结合的情况，模式不匹配光也不会混入到放射模式光或输出光。进一步，本发明的多模波导的形状是多模波导的宽度基本一定、或到150μm以上为止缓慢增加等，多模波导的宽度变化极缓和。与之相对，如图3(a)所示，变化为单模波导等光易泄漏的波导，不优选作为本发明的多模波导的形状。
为确认本发明的效果，如图3的(a)和(b)所示，对两种Y合波部附近的波导形状进行试行运算(模拟)。图3(a)是在2分支波导和3分支波导之间的结合部中，包含单模波导地使波导的宽度变化的情况，假设w1＝3.5μm，w2＝w4＝8μm，w3＝3μm，w5＝4μm及w6＝1μm。
图3(b)表示本发明的光波导涉及的Y合波部附近的波导形状，结合部仅表示多模波导。具体而言，假设w1＝3.5μm，w2＝w4＝8μm，w5＝4μm及w6＝1μm。
图5表示相对于结合长度L的长度变化的、作为高次模用波导的输出副波导(导出放射模式光的波导)中的最大光强度(MZ型调制器断开状态时的输出光强度)的变化。如图5所示，在图3(a)和(b)之间确认了明显的差异。结果是，通过使结合部为多模波导，可获得稳定的光量。此外，当传送的光波的波长变得较短时，即使结合部的结合长度L一定，相对于光波也会感觉结合长度较长。因此，在图3(a)的构造中，光波的波长越短，光强度变化一般越大，呈现出所谓的波长依存性较大的光强度变化。与之相对，在图3(b)的结构的情况下，光强度变化也较少，因此易于理解其可抑制波长依存性。
接着，使Y合波部附近的波导形状为图3(b)的形状，在结合两个分支波导时的间隙(gap)为0μm(理想值)和0.8μm(实际可实施的宽度)的情况下，计算比较从输出副波导输出的最大光强度。图6表示其结果。
参照图6可知，当间隙为0μm时，即使改变结合部的长度L，从输出副波导输出的最大强度也不会发生变化，但当间隙为0.8μm时，随着结合部变长，从输出副波导输出的最大强度减少。这是因为，通过使间隙为0.8μm，在MZ支路(分支波导)和结合部的波导部之间，折射率分布发生变化，因此产生模式不匹配光。
即，在结合长度L比150μm短的范围内，模式不匹配光与输出副波导再结合，因此具有和理想状态同等程度的较高的光强度，但当结合长度L为150μm以上时，模式不匹配光和输出副波导再结合的概率降低，最大强度随着结合部的波导长度变长而减少。为了抑制光学特性的退化，要求该模式不匹配光不与输出副波导结合，该条件需要结合波导部的长度L为150μm以上，这一点是可以理解的。
并且，在本发明的光调制器中，如图2所示，优选：2个输出副波导4夹持输出主波导3，且以该输出主波导为中心线对称地配置。这样一来，可将作为高次模光的放射模式光从信号输出光重现性良好地分离并导出。
并且，在本发明的光调制器中，图3(b)所示的通过Y合波部结合的两个分支波导各自的宽度w1小于输出主波导的宽度w5，输出副波导的宽度w6小于该分支波导的宽度w1，因此可以使分支波导的结合部中的模式直径与作为输出接通状态的光波的单模波导的输出主波导的模式直径基本一致。这样一来，可将输出光从输出主波导3高效导出。
本发明的光调制器中使用的电介质基板优选是具有电气光学效果的基板，例如可由铌酸锂、钽酸锂、PLZT(锆钛酸铅镧)、及石英系的材料构成，具体而言由这些单晶材料的X切割板、Y切割板、及Z切割板构成，尤其是从作为光波导设备易于构成、且各向异性较大的角度出发，优选使用铌酸锂(LN)。进一步，本发明优选适用于电介质基板的厚度为20μm以下的材料。这是因为，即使在模式不匹配光容易被封闭到薄板内的情况下，也可适用本发明以抑制模式不匹配光的发生，因此可有效抑制模式不匹配光混入到放射模式光或输出光。
光波导可通过以下方法形成：在基板上使例如钛(Ti)等通过热扩散法、质子交换法等扩散到基板表面。并且作为其他方法，也可以在和光波导对应的部分形成脊状构造，构成光波导。进一步，也可同时使用上述利用了Ti等的方法及脊状构造。
进一步，本发明的光调制器如图4所示，优选在到马赫曾德尔型波导的入射侧的Y分支部6为止的输入波导5的中途，设置从该输入波导5分支的高次模用波导7。通过该构成，可通过高次模用波导去除在光输入部产生并在输入波导中传送的高次模光，从而可使Y分支部6的光波的分支比(a1∶a2)接近1比1，可进一步抑制Y合波部中的不需要的光的发生率。
如上所述，根据本发明，可提供一种光调制器，其可抑制MZ型波导的Y合波部中的模式不匹配光的发生、模式不匹配光混入到放射模式光或输出光的情况，并且可有效分离提取放射模式光和输出光。

Claims (5)

1.一种光调制器，在电介质基板表面形成有马赫曾德尔型波导，其特征在于，
该马赫曾德尔型波导的出射侧的Y合波部的合波后的波导是多模波导，
在将该多模波导变更为成为单模波导的输出主波导的部位，连接作为高次模用波导的输出副波导，
该多模波导的长度为150μm以上。
2.根据权利要求1所述的光调制器，其特征在于，
两个该输出副波导被配置成夹持该输出主波导，且以该输出主波导为中心线对称。
3.根据权利要求1或2所述的光调制器，其特征在于，
在该Y合波部结合的两个分支波导的各自的宽度小于该输出主波导的宽度，该输出副波导的宽度小于该分支波导的宽度。
4.根据权利要求1至3的任意一项所述的光调制器，其特征在于，
该电介质基板的厚度为20μm以下。
5.根据权利要求1至4的任意一项所述的光调制器，其特征在于，
在到该马赫曾德尔型波导的入射侧的Y分支部为止的输入波导的中途，设置从该输入波导分支的高次模用波导。
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