CN113467113A - 光波导元件、使用光波导元件的光调制器件及光发送装置 - Google Patents

光波导元件、使用光波导元件的光调制器件及光发送装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光波导元件、使用光波导元件的光调制器件及光发送装置。光波导元件使在基板、加强块与光学块的接合部产生的内部应力减少。光波导元具备：基板(1)，形成有光波导；及加强块(10)，沿着该基板的配置有该光波导的输入部或输出部的端面配置于该基板上，其特征在于，所述光波导元件具有与该基板的端面及该加强块的端面接合的光学部件(3)，至少该光学部件的进行所述接合的面所使用的材料与该基板或该加强块所使用的材料的在与进行所述接合的面平行的方向上的线膨胀系数不同，该光学部件的进行所述接合的部分的面积设定得比该基板和该加强块的包含进行所述接合的部分在内的端面的面积小。

Description

光波导元件、使用光波导元件的光调制器件及光发送装置
技术领域
本发明涉及光波导元件及使用了该光波导元件的光调制器件以及光发送装置，特别是涉及具备形成有光波导的基板及沿着该基板的配置有该光波导的输入部或输出部的端面而配置于该基板上的加强块的光波导元件。
背景技术
在光计测技术领域、光通信技术领域中，多使用光调制器等使用了形成有光波导的基板的光波导元件。在使用了铌酸锂(LN)等的具有电光效应的基板的光波导元件上形成用于控制在光波导中传播的光波的控制电极，形成光调制元件(LN芯片)。LN芯片安装于金属等的壳体内，并相对于光波导元件的光波导输入或输出光波，因此在光波导元件的端面粘接固定光学透镜。
通过使用光学透镜，能够提供输入光或输出光与光波导的耦合效率良好的光调制器。即使假设LN芯片与壳体的安装的位置偏离的情况下，通过调整透镜的位置、角度，也能够实现插入损失低的结构。
图1是表示如专利文献1或2那样具备偏振合成功能的光调制器的一例的图。在基板1形成有光波导2和对在该光波导中传播的光波进行调制的调制电极(未图示)。光波导2使用将马赫-曾德型光波导配置成套匣结构的两组嵌套型光波导。
另外，图1中，从光纤F1经由光学透镜11输入单一偏振波的光波，通过分束器5分成两个光波，然后，经由光学透镜30向光波导2的输入部导入。而且，从光波导2经由光学透镜40输出的两个光波中的一方通过波长板6使偏振面旋转，该两个光波通过偏振波射束组合器7被偏振合成，然后，经由光学透镜12，向光纤F2导入。需要说明的是，标号91、92是为了确保壳体的气密性而设置于壳体8的侧面的光学窗。
保持光学透镜30(40)的(或将光学透镜一体成型的)光学块3(4)使用粘接剂粘贴于基板1的端面。而且，在基板1的端面侧的上部粘贴有增大该端面侧的粘接面积而提高与光学块的粘接强度并用于提高基板1的端面侧的机械强度的加强块。
如专利文献3那样，近年来，在将光波导元件安装于壳体内的光调制器件中，从壳体的一侧面进行光波的输入、输出，因此如图2所示，提出了在光波导元件的一侧面配置光波导2的输入部和输出部的结构。在这样的光波导元件的一侧面粘贴有保持光学透镜(31、32)的光学块3。图3是表示在光波导元件(基板1)粘贴有光学块3的情形的图，图3(a)是从侧面方向观察的侧视图，图3(b)是从上方观察的俯视图。在基板1的端面侧的上部通过粘接剂(未图示)固定加强块10。此外，在基板1和加强块的端面通过粘接剂A粘接固定光学块3。
作为光学块，并不局限于上述那样的光学透镜的保持，存在将反射构件、偏振镜等其他的光学构件一体保持的结构。而且，粘接固定于基板1和加强块10的光学部件并不局限于光学块，也包括将套筒(圆筒)状的保持构件、固定于V槽基板的光纤直接粘贴于基板1的端面的结构。
作为构成光波导元件的基板，使用LN等强电介质材料，在加强块中为了使线膨胀系数与基板1对合也使用LN等材料。相对于此，作为光学部件的原料，使用玻璃(有机玻璃、光学玻璃等)、塑料。因此，在基板、加强块与光学块中，线膨胀系数有时相差5×10-6/℃以上。
另外，关于光波导元件的尺寸，芯片宽度为0.5～3mm左右，加强块与光波导元件的基板的厚度的合计为1～2mm左右。特别是在图1所示那样的多个马赫-曾德结构、图2所示那样的输入输出处于同一端面的折返结构的情况下，芯片宽度比1.5mm大，光学块3与基板1的粘接面积进一步增大，因此容易受到基板、加强块与光学块的线膨胀系数之差的影响。
当光波导元件自身、环境气氛发生温度变化时，由于上述的线膨胀系数之差而在基板、加强块与光学块的接合面产生内部应力。在产生的应力大的情况、由于温度变化的反复引起的应力变化而接合面发生了疲劳劣化的情况下，保持于光学块的光学部件从最佳位置偏离，损失增大，在最差的情况下，产生光学块从光波导元件的端面脱落等弊病。而且，在图1所示那样的多个马赫-曾德结构、图2所示那样的输入输出处于同一端面的折返结构的情况下，光学块3与基板1、加强块10的粘接面积增大，这些问题变得更加显著。
专利文献1：日本特开2014-163993号公报
专利文献2：日本特开2016-212127号公报
专利文献3：日本特开2020-003701号公报
发明内容
本发明要解决的课题在于提供一种解决上述那样的问题，使在基板、加强块与光学块的接合部产生的内部应力减少的光波导元件。而且，在于提供一种利用了该光波导元件的光调制器件及光发送装置。
为了解决上述课题，本发明的光波导元件及使用了该光波导元件的光调制器件以及光发送装置具有以下的技术特征。
(1)一种光波导元件，具备：基板，形成有光波导；及加强块，沿着该基板的配置有该光波导的输入部或输出部的端面配置于该基板上，其特征在于，所述光波导元件具有与该基板的端面及该加强块的端面接合的光学部件，至少该光学部件的进行所述接合的面所使用的材料与该基板或该加强块所使用的材料的在与进行所述接合的面平行的方向上的线膨胀系数不同，该光学部件的进行所述接合的部分的面积设定得比该基板和该加强块的包含进行所述接合的部分在内的端面的面积小。
(2)在上述(1)所述的光波导元件中，其特征在于，为了减小进行所述接合的部分的面积，在该光学部件的与该基板或该加强块相对的面的一部分形成有切缺部。
(3)在上述(1)或(2)所述的光波导元件中，其特征在于，该光学部件的上表面的面积比下表面的面积大。
(4)在上述(1)至(3)的任一项所述的光波导元件中，其特征在于，在该光学部件的进行所述接合的部分的周围形成有用于限制粘接剂的涂布区域的槽。
(5)在上述(1)至(4)的任一项所述的光波导元件中，其特征在于，进行所述接合的部分的形状为周围的角部弯曲地形成的形状。
(6)一种光调制器件，其特征在于，上述(1)至(5)的任一项所述的光波导元件具备对在该光波导中传播的光波进行调制的电极，该光波导元件收容于壳体内，所述光调制器件具备相对于该光波导输入或输出光波的光纤。
(7)在上述(6)所述的光调制器件中，其特征在于，在该壳体的内部具有将输入到该光波导元件的调制信号放大的电子电路。
(8)一种光发送装置，其特征在于，具有：上述(6)或(7)所述的光调制器件；及电子电路，输出使该光调制器件进行调制动作的调制信号。
发明效果
本发明在具备形成有光波导的基板和沿着该基板的配置有该光波导的输入部或输出部的端面配置于该基板上的加强块的光波导元件中，具有与该基板的端面及该加强块的端面接合的光学部件，至少该光学部件的进行所述接合的面所使用的材料与该基板或该加强块所使用的材料的在与进行所述接合的面平行的方向上的线膨胀系数不同，该光学部件的进行所述接合的部分的面积设定得比该基板和该加强块的包含进行所述接合的部分在内的端面的面积小，因此，能够减小进行接合的面中的进行接合的部分的面积，能够使作用于接合面的内部应力减少。
附图说明
图1是表示以往的光调制器件的一例的俯视图。
图2是表示以往的光波导元件的一例的俯视图。
图3是说明以往的光波导元件与光学块(光学部件)的接合状态的图。
图4是说明本发明的光波导元件的第一实施例的侧视图。
图5是图4的点线S处的剖视图。
图6是说明本发明的光波导元件的第二实施例的俯视图。
图7是说明本发明的光波导元件的第三实施例的侧视图。
图8是说明本发明的光波导元件的第四实施例的侧视图。
图9是说明图8的光学块(光学部件)进行接合的面的形状的图。
图10是说明本发明的光调制器件及光发送装置的俯视图。
标号说明
1 基板
2 光波导
3 光学块(光学部件)
10 加强块
A 接合面(粘接剂)
MD 光调制器件
OTA 光发送装置
具体实施方式
以下，关于本发明的光波导元件，使用优选例进行详细说明。
如图4～图9所示，本发明的光波导元件具备：基板1，形成有光波导；及加强块10，沿着该基板的配置有该光波导的输入部或输出部的端面配置于该基板上，其特征在于，所述光波导元件具有与该基板的端面及该加强块的端面接合的光学部件3，至少该光学部件的进行所述接合的面所使用的材料与该基板或该加强块所使用的材料的在与进行所述接合的面平行的方向上的线膨胀系数不同，该光学部件的进行所述接合的部分的面积设定得比该基板和该加强块的包括进行所述接合的部分的端面的面积小。
作为本发明的光波导元件使用的基板1的材料，可以利用具有电光效应的强电介质材料，具体而言，铌酸锂(LN)、钽酸锂(LT)、PLZT(锆钛酸铅镧)等的基板、基于这些材料的气相生长膜等。而且，半导体材料、有机材料等各种材料也可以利用作为光波导元件的基板。
形成有光波导的基板1的厚度为了实现调制信号的微波与光波的速度匹配，有时设定为10μm以下，更优选设定为5μm以下。在这样的情况下，为了加强基板1的机械强度，进行将0.2～1mm厚的加强基板直接接合或经由粘接剂粘贴的情况。
在本发明的光波导元件中，“形成有光波导的基板”是不仅指一张基板，也包括形成有光波导的薄板(例如，10μm以下的厚度)与支承该薄板的加强基板的接合体的概念。
另外，“形成有光波导的基板”也包括在加强基板上形成气相生长膜并将该膜加工成光波导的形状那样的基板。
作为在基板1形成光波导的方法，可以使用将Ti等高折射率材料向基板进行热扩散的方法、或通过质子交换法形成高折射率部分的方法。而且，通过对光波导以外的基板部分进行蚀刻的方法、或在光波导的两侧形成槽的方法等，也能够形成使基板的与光波导对应的部分成为凸状的脊型光波导。此外，也可以一起使用脊型光波导和热扩散法等的光波导。
在基板1的端面侧的上部配置固定使用了与基板1相同的材料的LN等的加强块。加强块10的端面(与基板1的端面相同侧的面)被利用作为用于粘接光学块等光学部件的接合面。
光学部件包括对光学透镜、反射构件、偏振镜等进行保持的光学块、对光纤的端部附近进行保持的套筒(圆筒)状的保持构件或V槽基板等。构成光学部件的材料使用有机玻璃、光学玻璃等玻璃材料、塑料材料。
LN基板相对于Z轴方向而线膨胀系数为4.0×10-6/℃，在X轴(Y轴)方向上为14.0×10-6/℃。在光学部件由例如光学玻璃材料构成的情况下，线膨胀系数成为6.4×10-6/℃。在LN基板粘贴有光学部件的情况下，在LN基板的接合面存在X轴或Y轴的情况下，两者的线膨胀系数之差成为5.0×10-6/℃以上，差异变得显著。其结果是，伴随着基板、环境等的温度变化，产生光学部件的位置偏离、光学部件的剥离或脱落。
另外，收容光波导元件的金属等的壳体选择具有与光波导元件使用的基板接近的线膨胀系数的材料。在LN基板的情况下多使用不锈钢，但是不锈钢的线膨胀系数为17.3×10-6/℃，与光学部件的线膨胀系数之差增大，因此光学部件未接合于壳体，而是专门接合于基板1、加强块10而被保持。
本发明的光波导元件的特征如图4～图9所示，基板1、加强块10与光学部件3进行接合的部分A的面积设定得比该基板与该加强块的进行所述接合的面形成的面积小。
这样，通过进一步减小进行接合的部分A的面积，有助于该接合面产生的内部应力的减少。在图4中，作为具体的方法，在光学部件3形成切缺部B(B’)，减小光学部件3的接合(标号A部分)的面积。如图4那样，形成有切缺部B(B’)的位置以减少接合面侧的光学部件3的厚度的方式设定。当然，为了减小光学部件3的接合部的面积，也可以不仅沿厚度方向而且沿宽度方向也形成切缺部。这样的切缺部从光学部件3的侧面使切削器具接触而能够容易地加工，因此能够提高生产性，从而优选。
图5是表示图4的点线S处的光学部件3与基板1及加强块10的接合部分的形状的图。图5(a)中，作为接合部分的光学部件3的端面的形状成为矩形形状。在这样的矩形形状的角部，内部应力的集中容易发生。为了对其进行抑制，也可以如图5(b)那样将光学部件3的角部弯曲构成。
形成于光学部件3的切缺部也可以如图6所示倾斜形成。如图6那样，通过在光学部件的切缺部(C、C’)不形成角部也能够抑制光学部件内的内部应力的集中。
关于设置切缺部的位置，以对于线膨胀系数之差大的方向而厚度(宽度)减小的方式进行切缺。在图4中，示出用于应对基板1的厚度方向的线膨胀系数之差的处置。而且，图6是用于应对基板1的宽度方向的线膨胀系数之差的处置。
在图7中，作为光学部件的光学块3由吸附夹具H1吸附并传送，与涂布有粘接剂的基板1、加强块10的端面接触。并且，通过带有载荷传感器的按压单元H2，将光学块3向基板1的方向轻压，使光学块3与基板1等的端面的适当的位置接合。这样，为了确保操作光学块的夹具接触的面积而难以使光学块自身小型化。如图7所示，以光学部件(光学块)3的上表面的面积比下表面的面积增大的方式设置切缺部D。由此，能够在光学部件的上表面侧充分确保吸附夹具H1等的接触面积，并减小光学部件与基板等的接合的面积。
需要说明的是，吸附夹具H1对光学块3的吸附部为
Figure BDA0002988311590000091
Figure BDA0002988311590000092
因此占据较多的光学块上表面的面积，有时光学部件的处理也变得困难。因此，可以如图7那样使得在光学部件(光学块)3的上表面与加强块10的上表面的交界处没有阶梯。由此，吸附夹具H1不会触碰到加强块，光学部件的接合作业变得容易。
另外，更优选使光学部件(光学块)3的上表面的位置比加强块10的上表面的位置高。在该情况下，在粘贴光学块3时溢出的粘接剂无法前进到光学块3的上表面，因此能够抑制吸附夹具H1对粘接剂的吸引，光学部件的接合作业变得更加容易。
在上述的结构中，为了使光学部件自身的接触面积下降而设置有切缺部，但是并不局限于此，即使不设置切缺部，通过以避免粘接剂遍布进行接合的面的整体的方式调整粘接剂的量而进行涂布，也能够利用比进行接合的面(通过基板1和加强块10形成的区域)小的区域(点线A)将光学部件3固定。
作为限制粘接剂的涂布区域的方法，如图8及9所示，通过在光学部件的进行接合的面上形成用于限制粘接剂的涂布区域的槽E而能够容易地实现。
另外，进行接合的部分的形状(由槽E包围的区域)并不局限如图9(a)那样为矩形形状，也可以如图9(b)那样周围的角部弯曲地形成。通过使用这样弯曲的曲线部分，也能消除内部应力集中于矩形形状的角部这样的不良情况。
本发明的光波导元件在基板1上设置对在光波导中传播的光波进行调制的调制电极，并如图1或图10那样地收容于壳体8内。此外，通过设置相对于光波导输入和输出光波的光纤(F1、F2或F)，能够构成光调制器件MD。光纤不仅如图1或图10那样配置于壳体8的外侧，也可以经由贯通壳体的侧壁的贯通孔而导入并配置固定于壳体内。
通过将输出使光调制器件MD进行调制动作的调制信号的电子电路(数字信号处理器DSP)连接于光调制器件MD，能够构成光发送装置OTA。向光波导元件施加的调制信号需要放大，因此使用驱动器电路DRV。驱动器电路DRV、数字信号处理器DSP可以配置于壳体4的外部，但是也可以配置于壳体4内。特别是通过将驱动器电路DRV配置于壳体内，能够进一步降低来自驱动器电路的调制信号的传播损失。
工业实用性
如以上说明那样，根据本发明，能够提供使在基板或加强块与光学块的接合部产生的内部应力减少的光波导元件。而且，能够提供利用了该光波导元件的光调制器件及光发送装置。

Claims (8)

1.一种光波导元件，具备：基板，形成有光波导；及加强块，沿着该基板的配置有该光波导的输入部或输出部的端面配置于该基板上，其特征在于，
所述光波导元件具有与该基板的端面及该加强块的端面接合的光学部件，
至少该光学部件的进行所述接合的面所使用的材料与该基板或该加强块所使用的材料的在与进行所述接合的面平行的方向上的线膨胀系数不同，
该光学部件的进行所述接合的部分的面积设定得比该基板和该加强块的包含进行所述接合的部分在内的端面的面积小。
2.根据权利要求1所述的光波导元件，其特征在于，
为了减小进行所述接合的部分的面积，在该光学部件的与该基板或该加强块相对的面的一部分形成有切缺部。
3.根据权利要求1或2所述的光波导元件，其特征在于，
该光学部件的上表面的面积比下表面的面积大。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的光波导元件，其特征在于，
在该光学部件的进行所述接合的部分的周围形成有用于限制粘接剂的涂布区域的槽。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的光波导元件，其特征在于，
进行所述接合的部分的形状为周围的角部弯曲地形成的形状。
6.一种光调制器件，其特征在于，
权利要求1～5中任一项所述的光波导元件具备对在该光波导中传播的光波进行调制的电极，该光波导元件收容于壳体内，所述光调制器件具备相对于该光波导输入或输出光波的光纤。
7.根据权利要求6所述的光调制器件，其特征在于，
所述光调制器件在该壳体的内部具有将输入到该光波导元件的调制信号放大的电子电路。
8.一种光发送装置，其特征在于，具有：
权利要求6或7所述的光调制器件；及
电子电路，输出使该光调制器件进行调制动作的调制信号。
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