CN111694095B - 光波导元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光波导元件，可将非必要光用波导所引导的非必要光高效率地放出至基板外，并可使光波导元件自身小型化。光波导元件包括引导从主波导中放出的非必要光的非必要光用波导，并形成与非必要光用波导(E1)连接，且用于将在非必要光用波导中传播的非必要光放出至基板外的放出用波导(E2)，放出用波导的实效折射率设定得比非必要光用波导的实效折射率高，在非必要光用波导与放出用波导的连接部(S)，相对于非必要光用波导(E1)的中心线(EC1)，放出用波导(E2)的中心线(EC2)朝远离主波导的方向倾斜，进而，在所述连接部，相对于非必要光用波导的中心线的位置(c1)，放出用波导的中心线的位置(c2)在更远离主波导的位置错开配置。

Description

光波导元件
技术领域
本发明涉及一种光波导元件，且特别涉及如下的光波导元件：在基板上形成光波导，所述光波导包括引导信号光的主波导、及引导从所述主波导中放出的非必要光的非必要光用波导。
背景技术
在光通信领域或光测量领域中，常用如光调制器等在基板上形成有光波导的光波导元件。作为光波导的形成方法，已知有使Ti等金属在石英、铌酸锂、半导体材料等基板上进行热扩散来形成光波导的方法，或形成山脊(ridge)型的凸状部来形成光波导的方法等。
光波导如马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)型光波导那样包括分支部或合波部。另外，近年来，对应于多值调制或极化波合成等，例如，如将多个马赫-曾德尔型光波导组合成套匣状的嵌套(nest)型波导那样，在一个基板上配置有多个马赫-曾德尔型光波导的光波导元件也实用化。
当将光波导分支时，为了获得适当的分支比，另外，为了抑制来自分支部的泄漏光，提出有在图1的分支部的前段的光波导配置用于去除在光波导中传播的高次模式光的非必要光用波导a。
另外，当将光波导合波时，为了有效地去除从合波部中放出的放射模式光，如图1所示，也提出有在合波部配置非必要光用波导b。
在如所述那样将多个马赫-曾德尔型光波导组装入一个基板内的情况下，从光波导的一部分中放出的非必要光如图1的虚线区域A或虚线区域B那样，与光波导的其他部分结合，成为使光学特性恶化的原因。另外，在马赫-曾德尔型光调制器中，也成为开/关(ON/OFF)消光比等光学特性劣化的原因。进而，在专利文献1中，表示非必要光用波导跨越主波导被分割的结构例，但在高度地集成的光波导元件中，存在以如沿着非必要光用波导的延长线上的形态配置主波导的情况，在此种例子中，非必要光混入的风险变得更高。
而且，在基板的厚度薄的情况下，例如在具有20μm以下的厚度的情况下，非必要光容易被封入基板内，与基板具备如500μm以上那样足够的厚度的情况相比，与主波导进行再结合的比例变得极高。
也进行在非必要光用波导上配置金属膜等光吸收构件来吸收非必要光。但是，由于配置金属膜等光吸收构件的位置受到限定，在光波导元件的制造工艺上，可用作光吸收材的材料也受到限定等，因此难以发挥充分的光吸收作用。
因此，在专利文献1中，如图1所示，提出有沿着基板的长边方向的侧端部设置将非必要光聚光的非必要光聚光波导c，而有效率地进行利用非必要光用波导的非必要光的去除。
另外，当将非必要光用波导a、b与非必要光聚光波导连接时，使非必要光用波导a、b的弯曲变大，由此可缩短基板的长边方向的长度，而可使光波导元件的尺寸小型化。但是，如图2及图3所示，若使光波导急剧地弯曲，则泄漏光也增加，难以将非必要光有效率地集中在非必要光聚光波导。另外，图2是表示模拟中所使用的光波导的形状的图，图3是表示模拟结果的图。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本专利特开2015-096886号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
本发明欲解决的课题是解决如上所述的问题，并提供一种光波导元件，可将非必要光用波导所引导的非必要光高效率地放出至基板外，并可使光波导元件自身小型化。
[解决问题的技术手段]
为了解决所述课题，本发明的光波导元件具有如下的技术特征。
(1)一种光波导元件，其在基板上形成光波导，且所述光波导包括引导信号光的主波导、及引导从所述主波导中放出的非必要光的非必要光用波导，其中，形成放出用波导，所述放出用波导与所述非必要光用波导连接，且用于将在所述非必要光用波导中传播的非必要光放出至基板外，所述放出用波导的实效折射率设定得比所述非必要光用波导的实效折射率高，在所述非必要光用波导与所述放出用波导的连接部，相对于所述非必要光用波导的中心线，所述放出用波导的中心线朝更远离所述主波导的方向倾斜，进而，在所述连接部，相对于所述非必要光用波导的中心线的位置，所述放出用波导的中心线的位置在更远离所述主波导的位置错开配置。
(2)在所述(1)中记载的光波导元件中，其中，将所述放出用波导的宽度设定得比所述非必要光用波导的宽度宽，由此将实效折射率设定得更高。
(3)在所述(2)中记载的光波导元件中，其中，在所述放出用波导的连接所述非必要光用波导之侧的端部，具有波导宽度变化的过渡区域。
(4)在所述(1)至(3)的任一者中记载的光波导元件中，其中，相对于所述主波导的光波的传播方向，在比配置所述放出用波导的位置更后方，配置有所述主波导的分支部或合波部。
(5)在所述(1)至(4)的任一者中记载的光波导元件中，其中，所述基板的厚度为20μm以下。
[发明的效果]
通过本发明，在所述光波导元件中，在基板上形成光波导，且所述光波导包括引导信号光的主波导、及引导从所述主波导中放出的非必要光的非必要光用波导，其中，形成放出用波导，所述放出用波导与所述非必要光用波导连接，且用于将在所述非必要光用波导中传播的非必要光放出至基板外，所述放出用波导的实效折射率设定得比所述非必要光用波导的实效折射率高，在所述非必要光用波导与所述放出用波导的连接部，相对于所述非必要光用波导的中心线，所述放出用波导的中心线朝更远离所述主波导的方向倾斜，进而，在所述连接部，相对于所述非必要光用波导的中心线的位置，所述放出用波导的中心线的位置在更远离所述主波导的位置错开配置，因此，与仅通过非必要光用波导来使光路弯曲的情况相比，可一边抑制来自光波导的泄漏光，一边使光路更大地弯曲。由此，可实现一种光波导元件，可将非必要光用波导所引导的非必要光高效率地放出至基板外，并可使光波导元件自身小型化。
附图说明
图1是表示现有的光波导元件的一例的图。
图2是表示用于调查现有的光波导中的由弯曲所产生的泄漏光的模拟模型的图。
图3是表示利用图2的模型的模拟结果的图。
图4是表示本发明的光波导元件的一例的图。
图5是说明图4的虚线框D中的光波导的形状的图。
图6是表示用于调查本发明的光波导中的由弯曲所产生的泄漏光的模拟模型的图。
图7是表示利用图6的模型的模拟结果的图。
图8是说明本发明的光波导元件的光波导的其他形状(其一)的图。
图9是说明本发明的光波导元件的光波导的其他形状(其二)的图。
图10是说明本发明的光波导元件的光波导的其他形状(其三)的图。
图11是说明本发明的光波导元件的光波导的其他形状(其四)的图。
[符号的说明]
1：基板
2：光波导
a、b、b1、b2、E1：非必要光用波导
A、B：虚线区域
c：非必要光聚光波导
c1：非必要光用波导的中心线的位置
c2：放出用波导的中心线的位置
D：虚线框
EC1：非必要光用波导的中心线
EC2、EC21：放出用波导的中心线
E2：放出用波导
F1：直线性弯曲
F2：曲线性弯曲
G1：弯曲部分
S：连接部
T：锥形形状
W1：非必要光用波导的宽度
W2：放出用波导的宽度
具体实施方式
以下，使用适宜例对本发明进行详细说明。
如图4及图5所示，本发明的光波导元件在基板1上形成光波导2，所述光波导包括引导信号光的主波导、及引导从所述主波导中放出的非必要光的非必要光用波导(如图4的非必要光用波导b1、b2，图5的非必要光用波导E1)，在所述光波导元件中，形成放出用波导E2，所述放出用波导E2与所述非必要光用波导E1连接，且用于将在所述非必要光用波导中传播的非必要光放出至基板外，所述放出用波导的实效折射率设定得比所述非必要光用波导的实效折射率高，在所述非必要光用波导与所述放出用波导的连接部S，相对于所述非必要光用波导E1的中心线EC1，所述放出用波导E2的中心线EC21朝更远离所述主波导的方向(图5的上方向)倾斜，进而，在所述连接部，相对于所述非必要光用波导的中心线的位置c1，所述放出用波导的中心线的位置c2在更远离所述主波导的位置(图5的上侧)错开配置。另外，图5是说明图4的虚线框D中的光波导的一例的图。
作为构成本发明的光波导元件的基板，只要是石英、铌酸锂、半导体材料等可将光波导形成在基板上的材料，则并无特别限定。当利用光调制器等的电极所形成的电场来调制在光波导中传播的光波时，优选使用铌酸锂或钽酸锂等具有电光效应的基板。另外，当使用20μm以下的薄基板时，通常容易在基板内引导非必要光。相对于此，通过应用本发明，不仅可利用非必要光用波导与放出用波导来使光波导的弯曲变大，也可以抑制来自光波导的泄漏光，可有效地抑制在基板内传播的非必要光的量。
作为光波导的形成方法，可应用使Ti等金属在基板中进行热扩散，形成折射率比基板材料高的部分的方法，或在基板表面形成凹凸来构成山脊型波导的方法等。
本发明的光波导元件的非必要光用波导不仅可使用如图4所示的引导在光波导的合波部中产生的放射模式光的光波导b1、b2，也可以使用如图1所示的为了从光波导中去除高次模式光而设置的非必要光用波导a。
本发明的光波导元件如图5所示，将放出用波导E2的宽度W2设定得比非必要光用波导E1的宽度W1宽，由此可容易地将实效折射率设定得更高。
另外，在本发明的光波导元件中，如图5所示，优选在放出用波导E2的连接非必要光用波导之侧的端部(从连接部S至符号F1的位置的范围)，具有波导宽度变化的过渡区域。通过存在此种过渡区域，光波可在光波导中顺利地传播，也可以抑制朝光波导外泄漏的光波。
另外，如图5所示，经由连接部S而将非必要光用波导E1的下边(位于主光波导的弯曲部分的外侧的侧边)与放出用波导E2的下边形成为一直线状。设置此种连续部分起到抑制朝光波导的弯曲部分的外侧方向泄漏的泄漏光的效果。
图6是为了对图5的光波导的形状下的泄漏光的产生状况进行模拟，而表示成为模型的光波导的形状的图。而且，图7是表示图6的光波导的模型下的泄漏光的产生状况的结果。通过对图3与图6进行比较，而容易地理解应用于本发明的光波导的形状进一步抑制泄漏光的产生。
在本发明的光波导元件中，可使与非必要光相关的光波导的弯曲部分变大，因此如图4所示，相对于主波导的光波的传播方向，可在比配置放出用波导的位置更后方，配置所述主波导的分支部(未图示)或合波部。在此种情况下，可防止如图1所示的与非必要光相关的光波导与其他分支部或合波部重叠或接近等。
图8～图11是说明可应用于本发明的光波导元件的各种光波导的形状的图。
图8是将图5的非必要光用波导E1与放出用波导E2在与光轴交叉的方向上相对地错开。如此可使放出用波导E2靠近基板的长边方向的侧部，也可以更短地构成光波导的长度。
图9是将放出用波导E2的形状从图5的直线性弯曲F1变更成曲线性弯曲F2。放出用波导E2的宽度比非必要光用波导E1宽，实效折射率也变得更高，因此可使弯曲的曲率半径变得更小。
图10是在与放出用波导E2连接的非必要光用波导E1设置锥形形状T，并附加了过渡区域。通过在非必要光用波导也设置此种过渡区域，可使光波更顺利地传播。
图11是在非必要光用波导E1也设置有弯曲部分G1。非必要光用波导的宽度比放出用波导窄，因此无法进行放出用波导那样的弯曲，但通过使弯曲部分变得更多，可缩短与非必要光相关的光波导整体的长度。
[产业上的可利用性]
如上所述，根据本发明的光波导元件，可提供一种光波导元件，可将非必要光用波导所引导的非必要光高效率地放出至基板外，并可使光波导元件自身小型化。

Claims (5)

1.一种光波导元件，其在基板上形成光波导，且所述光波导包括引导信号光的主波导、及引导从所述主波导中放出的非必要光的非必要光用波导，所述光波导元件的特征在于，
形成放出用波导，所述放出用波导与所述非必要光用波导连接，且用于将在所述非必要光用波导中传播的非必要光放出至基板外，
所述放出用波导的实效折射率设定得比所述非必要光用波导的实效折射率高，
在所述非必要光用波导与所述放出用波导的连接部，相对于所述非必要光用波导的中心线，所述放出用波导的中心线朝更远离所述主波导的方向倾斜，
进而，在所述连接部，相对于所述非必要光用波导的中心线的位置，所述放出用波导的中心线的位置在更远离所述主波导的位置错开配置。
2.根据权利要求1所述的光波导元件，其特征在于，将所述放出用波导的宽度设定得比所述非必要光用波导的宽度宽，由此将实效折射率设定得更高。
3.根据权利要求2所述的光波导元件，其特征在于，在所述放出用波导的连接所述非必要光用波导之侧的端部，具有波导宽度变化的过渡区域。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光波导元件，其特征在于，相对于所述主波导的光波的传播方向，在比配置所述放出用波导的位置更后方，配置有所述主波导的分支部或合波部。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的光波导元件，其特征在于，所述基板的厚度为20μm以下。
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