CN110297290B - 光波导元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光波导元件，其抑制从无用光用波导射出的无用光向无用光聚光用波导导入时的折射，防止了光学特性的劣化等。一种光波导元件，在基板(1)上形成有光波导，该光波导具有传播信号光的主波导(2)、对从该主波导放出的无用光进行引导的无用光用波导(3)、被导入从该无用光用波导射出的无用光的无用光聚光用波导(4)，所述光波导元件的特征在于，该无用光用波导经由连接用波导(5)而连接于该无用光聚光用波导，该连接用波导的与无用光的传播方向正交的方向上的、与该无用光聚光用波导连接的连接部的宽度(W4)比该无用光用波导的与该连接用波导连接的连接部的宽度(W3)宽。

Description

光波导元件
技术领域
本发明涉及在基板上形成有光波导的光波导元件。
背景技术
在光通信领域或光计测领域中，多使用具备光调制器等的具备光学功能的光波导元件。在光波导元件之中，存在如下的光波导元件：在石英、铌酸锂、半导体或聚合物材料等的基板上，通过添加不同的材料而成为比基板材料高的折射率，或者形成脊型的凸状部而具备光波导。
在使用了这样的基板的光波导元件中，在同一基板内形成有多条光波导，或者在光波导形成有多个分支部或合波部的情况下，从光波导的一部分放出的无用光与光波导的其他的部分耦合，成为使光学特性恶化的原因。而且，在马赫-曾德尔型光调制器中，成为使ON/OFF消光比等的光学特性劣化的原因。
因此，与传播信号光的主波导另行地将对无用光进行引导的无用光用波导设置于基板，抑制无用光与主波导的再耦合。而且，为了将通过无用光用波导引导的无用光吸收而使其消失，也有在无用光用波导的一部分配置光吸收单元的情况。此外，专利文献1也公开了如下的结构：在主波导与基板的侧端部之间，沿着与在主波导中传播的信号光主要传播的方向大致相同的方向形成无用光聚光用波导，将从无用光用波导射出的无用光向无用光聚光用波导聚光。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2015-96886号公报
发明内容
【发明要解决的课题】
图1示出现有例的光波导元件的结构的一例。在图1中，将无用光用波导3相对于无用光聚光用波导4倾斜地直接连接。无用光用波导3基本上构成为单模波导以上的宽度。无用光聚光用波导4以成为多模波导的方式构成为单模波导的3倍以上的宽度。
在无用光用波导3中传播来的无用光靠近无用光聚光用波导4时，与无用光聚光用波导4开始耦合。于是，如图4(a)所示，从无用光用波导向无用光聚光用波导导入的无用光随着向无用光聚光用波导的耦合的增强而向从无用光聚光用波导的延伸方向分离的方向折射。即，从无用光用波导射出的无用光向无用光聚光用波导的进入角度θ(相对于无用光聚光用波导的延伸方向的角度)增大。
其结果是，无用光的一部分在无用光聚光用波导的与连接有无用光用波导的一侧相反的一侧的交界处，不再满足全反射条件。于是，如图5(a)所示，存在无用光的一部分未被关入于无用光聚光用波导而向基板中穿透而泄漏的情况，成为使光波导元件的光学特性恶化的原因。在专利文献1中，通过对无用光聚光用波导的形状想办法来采取无用光的穿透对策。然而，在该方法中，随着将多个无用光波导连接于无用光聚光用波导而无用光聚光用波导的宽度逐渐变宽。而且，为了扩宽主波导间的间隔，需要扩宽元件的宽度，而且，为了与扩宽了间隔的主波导相连的弯曲波导而波导长变长。因此，成为提高元件的集成度而实现小型化方面的障碍，因此要求进一步的改善。
本发明要解决的课题在于提供一种解决上述的问题，抑制从无用光用波导射出的无用光向无用光聚光用波导导入时的折射，小型且防止了光学特性的劣化等的光波导元件。
【用于解决课题的方案】
(1)一种光波导元件，在基板上形成有光波导，该光波导具有传播信号光的主波导、对从该主波导放出的无用光进行引导的无用光用波导、被导入从该无用光用波导射出的无用光的无用光聚光用波导，所述光波导元件的特征在于，该无用光用波导经由连接用波导而连接于该无用光聚光用波导，该连接用波导的与无用光的传播方向正交的方向上的、与该无用光聚光用波导连接的连接部的宽度比该无用光用波导的与该连接用波导连接的连接部的宽度宽。
(2)根据上述(1)所述的光波导元件，其特征在于，该无用光聚光用波导在与该连接用波导连接的部分的前后具有大致相等的宽度。
(3)根据上述(1)或(2)所述的光波导元件，其特征在于，在俯视观察该基板的情况下，从该连接用波导的靠近该无用光聚光用波导一侧的交界线与该无用光聚光用波导的连接点至该连接用波导的中心线为止的距离大于从由该无用光用波导的延长线形成的形状的靠近该无用光聚光用波导一侧的交界线与该无用光聚光用波导的连接点至该连接用波导的中心线为止的距离。
(4)根据上述(1)至(3)的任一项所述的光波导元件，其特征在于，多个无用光用波导分别经由单独地连接的连接用波导而连接于同一个无用光聚光用波导。
(5)根据上述(4)所述的光波导元件，其特征在于，所述多个无用光用波导包括配置在所述同一个无用光聚光用波导的一边侧的无用光用波导和配置在另一边侧的无用光用波导。
【发明效果】
根据本发明，无用光用波导经由连接用波导而连接于无用光聚光用波导，由于该连接用波导的与无用光聚光用波导连接的连接部的宽度比该无用光用波导的与该连接用波导连接的连接部的宽度宽，因此能抑制无用光向无用光聚光用波导导入时的折射。由此，能够提供一种能够抑制无用光的一部分从无用光聚光用波导穿透而与光波导的其他的部分耦合的情况并防止了光学特性的劣化等的光波导元件。
附图说明
图1是表示现有例的光波导元件的结构的例子的图。
图2是表示单模光及高阶模光的波形图案的例子的图。
图3是表示本发明的一个实施方式的光波导元件的结构的例子的图。
图4是表示向无用光聚光用波导导入的无用光的折射的情况的图。
图5是表示向无用光聚光用波导导入的无用光的传播的情况的图。
图6是表示在无用光聚光用波导连接有多个无用光波导的结构的例子的图。
图7是表示无用光聚光用波导的配置的一例的图。
图8是表示无用光聚光用波导的配置的另一例的图。
标号说明
1基板
2主波导
3无用光用光波导
4无用光聚光用波导
5连接用波导
具体实施方式
关于本发明的光波导元件，使用优选例进行详细说明。此外，没有通过以下所示的例子来限定本发明。
如图3等所示，本发明的光波导元件在基板1上形成光波导，该光波导具有传播信号光的主波导2、对从该主波导放出的无用光进行引导的无用光用波导3、导入从该无用光用波导射出的无用光的无用光聚光用波导4，所述光波导元件的特征在于，该无用光用波导经由连接用波导5连接于该无用光聚光用波导，该连接用波导的与无用光的传播方向正交的方向上的、与该无用光聚光用波导连接的连接部的宽度W4比该无用光用波导的与该连接用波导连接的连接部的宽度W3宽。
作为基板1，只要是石英、铌酸锂、半导体材料等能够将光波导形成于基板的材料即可，没有特别限定。在利用光调制器等的电极形成的电场对于在光波导中传播的光波进行调制的情况下，优选使用铌酸锂或钽酸锂等具有电光效应的基板。而且，在使用30μm以下的薄基板的情况下，基板其本身作为片状波导而动作，因此在主波导的附近容易残留无用光，容易产生光学特性的劣化，因此能够更有效地适用本发明。
作为光波导的形成方法，可以应用将Ti等金属在基板中进行热扩散来形成与基板材料相比高折射率的部分的方法，或者在基板表面形成凹凸而构成脊型波导的方法等。
作为主波导2，如图6、7所示，可以使用马赫-曾德尔型波导，或者将马赫-曾德尔型波导组合成套匣状的嵌套型波导等。特别是在具备具有嵌套型波导的光波导元件的光调制器中，在原理上伴随调制动作而在合波部产生无用光从而影响后段的合波部，因此能够有效地应用本发明。
作为无用光用波导3，可以采用公知的无用光的波导单元(例如，参照日本专利第5071542号公报、日本特开2011-164388号公报、日本特开2004-46021号公报)。例如，为了对从合波部放射的放射模光进行引导，而在合波部接触或分离地配置无用光用波导。而且，为了在向分支部引导之前除去高阶模光，也可以将无用光用波导配置于比分支部靠前的主波导上使用。此外，也可以设置对从主波导漏出并在基板内传播的泄漏光进行聚光的无用光用波导。
另外，无用光用波导3也可以采用专利文献1的图2公开的结构。即，例如，不仅形成为1条连续的光波导，而且在跨越主波导等其他的光波导时也可以分割地构成。而且，例如，无用光用波导可以使多条波导汇合而构成，合波后的无用光能够由单一的无用光用波导导出。
如图7、8所示，无用光聚光用波导4沿着与在主波导2中传播的信号光主要传播的方向大致相同的方向形成。而且，无用光聚光用波导4在与连接用波导5连接的部分的前后可以设为大致相等的宽度(W1≈W2)。此外，无用光聚光用波导4的配置或条数任意，优选以能够将从无用光用波导3射出的无用光有效地聚光的方式形成。
无用光用波导3基本上具有单模波导以上的宽度。无用光聚光用波导4优选具有单模波导的3倍以上的宽度，更优选具有单模波导的5倍以上的宽度。由此，能够对包含单模或高阶模光的多样的模式的无用光稳定地进行引导。
本发明的光波导元件的主要特征在于，无用光用波导3经由连接用波导5连接于无用光聚光用波导4，并且连接用波导5的与无用光聚光用波导4连接的连接部的宽度W4比无用光用波导3的与连接用波导5连接的连接部的宽度W3宽。在此，波导的宽度是该波导的与无用光的传播方向正交的方向的宽度。
根据这样的结构，在无用光用波导中传播的无用光在连接用波导中通过，由此，与不经由连接用波导地连接的情况相比，与无用光聚光用波导连接的连接部的射束中心从无用光聚光用波导分离，因此能够抑制无用光向无用光聚光用波导导入时的折射。即，能够减小在无用光用波导中传播的无用光的向无用光聚光用波导的进入角度θ。由此，能抑制无用光的一部分从无用光聚光用波导穿透而与光波导的其他部分耦合的情况。因此，能够有效地防止因无用光而导致的光学特性的劣化等。
此外，不需要进行基于对无用光聚光用波导的形状的研究的无用光的穿透对策，因此可以使用大致恒定宽度的光波导。因此，能够实现光波导元件的宽度的缩短化，设计自由度也提高。
图3示出本发明的光波导元件的结构的若干例子。以下，在剖视观察基板时的对连接用波导进行划定的交界线中，将相对于无用光聚光用波导4远的一侧的交界线称为“外侧交界线”，将相对于无用光聚光用波导4近的一侧的交界线称为“内侧交界线”。
图3(a)、(b)所示的连接用波导5形成为该连接用波导5的与无用光用波导3连接的连接部为与无用光用波导3的宽度(W3)相同的宽度，随着靠近无用光聚光用波导4而宽度逐渐变宽。此外，图3(a)示出连接用波导5的仅外侧交界线向外方逐渐扩张的例子，图3(b)示出连接用波导5的内侧交界线也向外方逐渐扩张的例子。
图3(c)、(d)所示的连接用波导5形成为比无用光用波导3的宽度宽的固定宽度。此外，图3(c)示出连接用波导5的仅外侧交界线向外方以恒定量扩张的例子，图3(d)示出连接用波导5的内侧交界线也逐渐向外方以恒定量扩张的例子。
在图3(a)～(d)的任一结构中，连接用波导5也成为比由无用光用波导3的延长线形成的形状扩展的形状，因此能够抑制与无用光聚光用波导4连接的连接部中的无用光的折射。此外，这些形状只不过为一例，例如，可以设为每规定宽度地逐级扩展的形状，只要是与由无用光用波导的延长线形成的形状相比，与无用光聚光用波导连接的连接部的射束中心从无用光聚光用波导分离那样扩展的形状即可。即，只要从连接用波导5的内侧交界线与无用光聚光用波导4的连接点p1至连接用波导5的射束中心(中心线)为止的距离W5(＝W4/2)大于从由无用光用波导3的延长线形成的形状的靠近无用光聚光用波导5一侧的交界线与无用光聚光用波导5的连接点p2至连接用波导4的射束中心为止的距离W5’即可(参照图3(d))。
连接用波导5的外侧交界线或内侧交界线距连接用波导5与聚光用波导3连接的连接部的中心的距离如果从被激励的高阶模光的峰值间隔(图2的X)充分分离，则可想到能够良好地抑制折射。因此，在聚光用波导3与连接用波导5的连接部的模场直径设为D的情况下，例如，优选以满足W4/1.5>D/2的方式设定连接用波导5的宽度。此外，在图2中，单模光的波形图案的例子由虚线M1表示，高阶模光的波形图案的例子由实线M2表示。
图4是表示向无用光聚光用波导导入的无用光的折射的情况的图。图4(a)示出在图1所示的现有例的结构中无用光的折射的情况，图4(b)示出在图3(a)所示的结构中无用光的折射的情况，图4(c)示出图3(d)的结构例中的无用光的折射的情况。从这些图可知，根据本发明的结构，与现有例相比能够抑制向无用光聚光用波导导入的无用光的进入角度。
图5是表示向无用光聚光用波导导入的无用光的传播的情况的图。图5(a)示出现有例的结构中的无用光的折射的情况，图5(b)示出本发明的结构中的无用光的折射的情况。此外，无用光聚光用波导在与连接用波导连接的部分的前后设为大致相等的宽度。在现有例的结构中，无用光向无用光聚光用波导入射时较大地折射，无用光的一部分从无用光聚光用波导穿透，但是通过采用本发明的结构，能缓和无用光的折射，无用光的穿透消失。这样，根据本发明，不用改变无用光聚光用波导的宽度就能够防止无用光的漏出。
图6是表示在无用光聚光用波导上连接有多个无用光波导的结构的例子的图。图6(a)成为在无用光聚光用波导4的一边侧配置多个无用光用光波导3，分别经由单独连接的连接用波导5而连接于无用光聚光用波导4的结构。这样，通过将多个无用光用光波导连接于同一个无用光聚光用波导，能够高效率地进行无用光的聚光。
另外，图6(b)成为在无用光聚光用波导4的一边侧和另一边侧分别配置无用光用光波导3，分别经由单独连接的连接用波导5而连接于无用光聚光用波导4的结构。因此，从无用光聚光用波导的两侧能够将无用光聚光，因此能够削减无用光聚光用波导的条数，也能够实现光波导元件的宽度的缩短化。
图7是表示无用光聚光用波导的配置的一例的图。在图7中，在主波导2的第一段及第二段的各分支部之后，在分支后的2个波导之间(内侧)配置无用光聚光用波导4。根据这样的结构，通过少的条数的无用光聚光用波导能够高效率地进行无用光的收集。此外，在图7中，仅示出存在多个无用光用光波导及无用光聚光用波导中的代表性的结构。
图8是表示无用光聚光用波导的配置的另一例的图。在图8中，在1个底座1形成有被输入第一光波的主光波导2A和被输入第二光波的主波导2B，分别独立地进行光调制。并且，在主光波导2A与主波导2B之间配置有无用光聚光用波导4。根据这样的结构，也能够防止主光波导2A与主波导2B之间的光波的串扰。此外，在图8中，仅示出存在多个无用光用光波导及无用光聚光用波导中的代表性的结构。
以上，基于实施例而说明了本发明，但是本发明没有限定为上述内容，能够在不脱离本发明的主旨的范围内适当进行设计变更。
【产业实用性】
根据本发明，能够提供一种抑制从无用光用波导射出的无用光向无用光聚光用波导导入时的折射，防止了光学特性的劣化等的光波导元件。

Claims (5)

1.一种光波导元件，在基板上形成有光波导，
该光波导具有传播信号光的主波导、对从该主波导放出的无用光进行引导的无用光用波导、被导入从该无用光用波导射出的无用光的无用光聚光用波导，
所述光波导元件的特征在于，
该无用光用波导经由连接用波导而连接于该无用光聚光用波导，
该连接用波导的与无用光的传播方向正交的方向上的、与该无用光聚光用波导连接的连接部的宽度比该无用光用波导的与该连接用波导连接的连接部的宽度宽，
该连接用波导使从该无用光用波导射出的无用光向该无用光聚光用波导的进入角度比该无用光波导不经由该连接用波导而直接连接于该无用光聚光用波导的情况下的该进入角度小。
2.根据权利要求1所述的光波导元件，其特征在于，
该无用光聚光用波导在与该连接用波导连接的部分的前后具有相等的宽度。
3.根据权利要求1或2所述的光波导元件，其特征在于，
在俯视观察该基板的情况下，从该连接用波导的靠近该无用光聚光用波导一侧的交界线与该无用光聚光用波导的连接点至该连接用波导的中心线为止的距离大于从由该无用光用波导的延长线形成的形状的靠近该无用光聚光用波导一侧的交界线与该无用光聚光用波导的连接点至该连接用波导的中心线为止的距离。
4.根据权利要求1或2所述的光波导元件，其特征在于，
多个无用光用波导分别经由单独地连接的连接用波导而连接于同一个无用光聚光用波导。
5.根据权利要求4所述的光波导元件，其特征在于，
所述多个无用光用波导包括配置在所述同一个无用光聚光用波导的一边侧的无用光用波导和配置在另一边侧的无用光用波导。
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