CN116868112A - 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

本发明提供一种能够容易地确定传播损失、耦合损失等光损失产生的部位的光波导元件。在具备形成有光波导(2)的基板(1)的光波导元件中，其特征在于，具备在该光波导(2)的一部分形成的光栅(6)或与监视用光波导(5)连接的光栅(6)，该监视用光波导(5)合流到该光波导(2)的一部分或从该光波导(2)的一部分分支，经由该光栅(6)，向该光波导输入光波，或将在该光波导中传播的光波的至少一部分输出。

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和使用该光波导元件的光调制器件及光发送装置，特别是涉及具备形成有光波导的基板的光波导元件。
背景技术
在光通信领域、光计测领域中，在铌酸锂(LN)等的具有电光效应的基板上形成光波导，并具备对在光波导中传播的光波进行调制的调制电极的光调制器等光波导元件被广泛使用。
如HB-CDM(High Bandwidth Coherent Driver Modulator)那样，在近年来的光调制器件中，要求将对光波导元件进行驱动的驱动电路与光波导元件一起装入到壳体内，进而使整体的封装体小型化等。在将驱动电路配置于光波导元件的一端侧并将高频信号向光波导元件输入的情况下，提出了将输入光波的输入部和输出光波的输出部一起配置在光波导元件的另一端侧的方案。
为了这样将光输入输出配置在基板的同一端，需要形成专利文献1所示那样的折回光波导。在以往的使用了LN的光调制器中，形成的光波导的宽度为与光纤的芯径相同的10μm左右。因此，在将10μm的宽度的光波导折回的情况下，会产生基板难以小型化，而且折回部处的传播损失也增大这样的问题。
为了解决该问题，提出了将光波导的宽度缩窄为1μm左右的光波导元件的方案。但是，将光波导元件与光纤连接时，由于传播的光波的模场直径(MFD)相差较大，因此在单纯连接的情况下，连接损失也增大。因此，也提出在光波导元件的光波导的输入部及输出部设置使MFD变化的模斑转换部(SSC)的方案。
图1是HB-CDM使用的光波导元件的一例，在基板1设置折回的光波导2，而且，在光波导的输入部、输出部设置SSC(输入部的SSC由标号3表示)。Lin是经由光纤输入的输入光。而且，从两个输出部输出的光波经由偏振波合成部4作为输出光Lout向光纤输入。光波导的形状也不仅仅是单纯地折回，而是将多个马赫-曾德尔型光波导配置成嵌套状(嵌套型)等，从而复杂化。
在图1中，光波从输入用光纤按照输入部的SSC3、光波导2(马赫-曾德尔型光波导)、输出部的SSC及输出用光纤的顺序在多个结构部分中依次传播。假设光调制器整体的传播损失大的情况下，光波的传播部位很复杂，因此存在无法容易地确定哪个部位存在问题这样的问题。
另外，在SSC逐渐扩大光波导的宽度地形成的情况下，SSC在光波导的形成时同时形成，能够容易地进行光波导的检查(评价)。然而，在光波导形成后追加另外的材料等来形成SSC的情况下，光波导形成时刻的光波导的MFD小，光的输入输出困难，因此光波导的检查(评价)并不容易。
另外，也可考虑在基板的一部分形成反射镜而使光波反射的结构，但是在MFD小的情况下，数值孔径(NA)增大，因此为了使光波整体反射而需要在基板上形成充分大的具有高的面精度的反射镜，并不现实。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2020-134874号公报
专利文献2：国际公开WO2012/042708号
发明内容
发明的概要
发明要解决的课题
本发明要解决的课题在于提供一种解决上述那样的问题，能够容易地确定传播损失、耦合损失等光损失产生的部位的光波导元件。而且，在于提供一种使用该光波导元件的光调制器件及光发送装置。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题，本发明的光波导元件、光调制器件及光发送装置具有以下那样的技术特征。
(1)一种光波导元件，具备形成有光波导的基板，其特征在于，所述光波导元件具备在该光波导的一部分形成的光栅或与监视用光波导连接的光栅，所述监视用光波导合流到该光波导的一部分或从该光波导的一部分分支，经由该光栅，向该光波导输入光波，或将在该光波导中传播的光波的至少一部分输出。
(2)在上述(1)记载的光波导元件中，其特征在于，该光波导具备马赫-曾德尔型光波导，通过该光栅，向该马赫-曾德尔型光波导的输入部输入光波，或将来自该马赫-曾德尔型光波导的输出部的光波的至少一部分输出。
(3)在上述(1)或(2)记载的光波导元件中，其特征在于，该光波导是肋型光波导。
(4)在上述(1)至(3)的任一记载的光波导元件中，其特征在于，在该光波导的端部设置有模斑转换部，该模斑转换部使光波的模场直径变化。
(5)在上述(2)至(4)的任一记载的光波导元件中，其特征在于，在将在该光波导中传播的光波的至少一部分输出的该光栅的上表面侧配置有受光元件。
(6)在上述(5)记载的光波导元件中，其特征在于，所述光波导元件设置有光吸收构件，该光吸收构件吸收从该光栅输出的光波中的未向该受光元件入射的光波。
(7)在上述(1)至(6)的任一记载的光波导元件中，其特征在于，在相对于与该监视用光波导连接的该光栅而与配置有该监视用光波导的一侧相反的一侧配置有光吸收构件。
(8)在上述(1)至(7)的任一记载的光波导元件中，其特征在于，在从该监视器用光波导向该光栅传播的光波的行进方向的延长线上，未配置光波导的分支部和合波部以及在该基板之外配置的光学部件的光路。
(9)在上述(1)至(8)的任一记载的光波导元件中，其特征在于，在该基板的上表面的一部分配置有加强构件，该光栅形成于未配置该加强构件的位置。
(10)一种光调制器件，其特征在于，所述光调制器件具有：上述(1)至(9)中任一项所述的光波导元件；收容该光波导元件的壳体；及相对于该光波导元件输入或输出光波的光纤。
(11)在上述(10)记载的光调制器件中，其特征在于，在该基板上设置对在该光波导中传播的光波进行调制的调制电极，在该壳体的内部或外部具有将向该调制电极输入的调制信号放大的电子电路。
(12)一种光发送装置，其特征在于，所述光发送装置具有：上述(11)所述的光调制器件；及输出使该光调制器件进行调制动作的调制信号的电子电路。
发明效果
根据本发明，在具备形成有光波导的基板的光波导元件中，具备在该光波导的一部分形成的光栅或与监视用光波导连接的光栅，所述监视用光波导合流到该光波导的一部分或从该光波导的一部分分支，并构成为，经由该光栅，向该光波导输入光波，或将在该光波导中传播的光波的至少一部分输出。因此，能够简单地进行经由该光栅将光波向特定的光波导输入或经由该光栅导出在特定的光波导中传播的光波的一部分的情况。由此，能够容易地检查光波导元件的特定部位的光损失。
附图说明
图1是表示以往的光波导元件的一例的俯视图。
图2是表示本发明的光波导元件的第一实施例的俯视图。
图3是说明图2的光波导元件中的光波导和光栅的侧视图。
图4是表示本发明的光波导元件的第二实施例的俯视图。
图5是说明图4的光波导元件使用的监视用光波导和光栅的侧视图。
图6是说明图4的光波导元件使用的监视用光波导和光栅的俯视图。
图7是说明在光栅的上侧配置受光元件的情形的侧视图。
图8是说明使用光波导元件的光波的输入部进行检查的方法的俯视图。
图9是说明使用光波导元件的光波的输出部进行检查的方法的俯视图。
图10是说明本发明的光波导元件的另一检查方法的俯视图。
图11是说明在光栅的后段配置光吸收构件(电极等)的情形的俯视图。
图12是表示本发明的光调制器件和光发送装置的俯视图。
具体实施方式
以下，使用优选例，详细说明本发明。
如图2至6所示，关于本发明，在具备形成有光波导2的基板1的光波导元件中，其特征在于，具备在该光波导2的一部分形成的光栅6或与监视用光波导5连接的光栅6，所述监视用光波导5合流到该光波导2的一部分或从该光波导2的一部分分支，经由该光栅6，向该光波导输入光波，或将在该光波导中传播的光波的至少一部分输出。
作为具有电光效应的基板1，可以利用铌酸锂(LN)、钽酸锂(LT)、PLZT(锆钛酸铅镧)等基板、基于这些材料的气相生长膜、将这些材料接合于不同种的基板的复合基板等。
另外，也可以利用半导体材料、有机材料等各种材料。
作为光波导的形成方法，可以利用对光波导以外的基板表面进行蚀刻或在光波导的两侧形成槽等将基板的与光波导对应的部分设为凸状的肋型光波导。而且，也可以通过将Ti等利用热扩散法或质子交换法等在基板表面形成高折射率部分来形成光波导。也可以使高折射率材料向肋型光波导部分扩散等来形成复合的光波导。
形成有光波导的基板为了实现调制信号的微波与光波的速度匹配而研磨至10μm以下，更优选为5μm以下，进一步优选小于1μm的厚度(厚度的下限可以设为0.3μm以上)，进行薄板化。肋型光波导的高度可以设定为1μm以下。而且，也可以在保持基板之上将气相生长膜以上述的基板的厚度程度形成，将该膜加工成上述那样的光波导的形状。
形成有光波导的基板(薄板、薄膜)为了提高机械强度，直接接合或经由树脂等的粘结层而粘结固定于保持基板。作为直接接合的保持基板，优选利用折射率比光波导、形成有光波导的基板低且热膨胀率与光波导等接近的材料，例如石英等。而且，在经由低折射率的中间层而接合于保持基板时，也可以利用与形成有光波导的基板相同的材料，例如LN基板等作为加强基板，或利用硅等高折射率的基板作为保持基板。
在使用光波导元件作为光调制器时，沿着光波导，特别是马赫-曾德尔型光波导的分支波导配置调制电极。而且，可以如专利文献2等那样，在本发明的光波导元件配置使光波的MFD变化的模斑转换部(SSC)3。特别是在光波导形成后追加另外的材料等来形成SSC的情况那样，即便使用MFD小的光波导的情况下，通过使用后述的光栅，也不需要具有高的面精度的反射镜，能够容易地进行光波导的检查。
如图2及图3所示，本发明的光波导元件的特征之一在于，在光波导2的一部分形成光栅6。经由光栅6，将来自外部的光源7的光波向光波导2输入或将在光波导2中传播的光波的一部分向外部输出，例如，通过受光元件(PD1、PD2)能够受光。本发明的“光波导”也包括在其一部分形成模斑转换部(SSC)3的情况。即使在形成了光波导之后追加另外的材料来形成SSC的情况、对光波导进行加工来形成SSC的情况下，根据需要，也可以在该SSC的一部分形成光栅。
另外，如图4至6所示，也可以使用与光波导2连接的监视用光波导5。本发明使用的监视用光波导5为了从光波导2的中途输入光波或从光波导2的中途导出光波的一部分而使用。光波导2与监视用光波导5的合流、分支并不局限于使用了Y字型的光波导的合流部、分支部的结构，也可以使用光耦合器等的合波或分支单元。
本发明使用的光栅6可以通过在光波导的表面形成周期性的凹凸或周期性的密度分布来构成。为了使光波的输入输出容易，在光栅6的部分可以扩宽光波导的宽度来构成。
说明使用了图2或图4的光波导元件的检查方法。以下，以图4的实施例为中心进行说明。当然，也可以同样地适用于图2的实施例。来自光源7的检查光向光栅入射，从光栅进入的检查光向光波导2直接输入，或经由监视用光波导5向光波导2输入。并且，经由多个马赫-曾德尔型光波导的检查光从形成于光波导2的光栅或经由配置于输出侧的监视用光波导及光栅向外部射出，由受光元件(PD1、PD2)检测。在该检查方法中，不经由SSC3而能够测定光波导2自身的光损失，因此能够容易地判定(评价)形成于基板1的光波导2的状态(特性)。
另外，在判定了光波导2的状态的基础上，可以取代光源7而通过光纤等向光波导元件的输入部输入检查光，通过图2或图4的受光元件(PD1、PD2)接受检查光，由此判定输入部的SSC的状态、输入用光纤与输入部的连接状态。
此外，在判定了光波导2的状态的基础上，也可以从光源7输入检查光，经由包含光纤、偏振波合成单元的光学部件来检测从光波导元件的输出部射出的光波，由此判定输出部的SSC的状态、输出侧的光学系统与输出部的连接状态。
图5是说明光栅6、监视用光波导5的情形的侧视图，图6是俯视图。从光栅6的斜上侧通过光源7将光波向光栅6入射。在光栅6的出射侧，经由监视用光波导5入射到光栅6的光波向光栅6的斜后侧放出，由受光元件(PD)检测。
图4的光栅在检查中使用之后变得不需要。向光波导2输入光波的光栅6、监视用光波导5通过电极等覆盖光栅6的表面，由此光波未进入，即使放任不管也没有什么问题。然而，将在光波导2中传播的光波的一部分提取的监视用光波导5及光栅6始终导出光波的一部分，因此要求有效利用。作为其一例，也可以如图7所示，在光栅6的上侧配置受光元件8，监视在光波导2中传播的光波，在调制电极(包含DC偏压电极)的偏压控制中使用。光栅6存在将光波向上方放射的特性，因此与以往的检测瞬逝光等相比能够更高灵敏度地监视光波。
图8是省略了图4的输入侧的光栅6等的图，将光纤等的输入光作为检查光，向光波导元件的输入部(SSC3)入射，能够暂时测定输入侧的SSC3及光波导2的光损失等光学特性。而且，通过受光元件(PD1、PD2)接受并监视检查光，由此也能够调整输入侧的光纤与光波导元件的输入部的对准。
图9是省略了图4的输出侧的光栅6等的图，从光源7将检查光向光栅6输入，检测光波导2及光波导元件的输出部(SSC3)的出射光，由此能够暂时测定光波导2及输出部的SSC3的光损失。而且，也能够调整输出侧的光纤、光学部件等与光波导元件的输出部的对准。
图10不仅测定光波导2的输入部及输出部，而且也测定各马赫-曾德尔型光波导的光损失，因此在马赫-曾德尔型光波导的输入部或输出部连接配置有监视用光波导5和光栅6。具体而言，图10是将多个马赫-曾德尔型光波导配置成嵌套状的结构，在副马赫-曾德尔型光波导、在各分支波导具有副马赫-曾德尔型光波导的主马赫-曾德尔型光波导的输入部、输出部等也连接配置监视用光波导5和光栅6。
在马赫-曾德尔型光波导的输出部配置的光栅等也可以在检查结束后，将受光元件配置固定在光栅的上侧，为了监视该马赫-曾德尔型光波导的调制状态而使用。
另外，监视用光波导5和光栅6可以形成于图10记载的其他的马赫-曾德尔型光波导的输入部或输出部。
从监视用光波导5向光栅6入射的光波通过光栅6向光栅6的后上方放射，但是光波的一部分在光栅6的后方的基板1内传播。因此，在从监视用光波导5向光栅6传播的光波的行进方向的延长线上，可以不配置光波导2的分支部及合波部、以及在基板1之外配置的光学部件的光路。特别是如图10那样将光输入输出配置于基板的同一端的折回型光波导的情况下，光的输入部与输出部非常接近为例如1500μm以下，有时为1000μm以下左右，因此特别优选这样的结构。由此，能够抑制噪声光的混入。
另外，为了有效地除去噪声光，例如图11所示，对于光栅6，可以在与配置监视用光波导5侧相反的侧配置金属(电极等)等光吸收构件(AB2)。需要说明的是，这里的“相反的侧”只要是例如将在光栅6的后方的基板1内传播的光波的至少一部分直接或间接地吸收的位置即可。
另外，对由受光元件无法接受的来自光栅的高次的衍射光或它们的多重反射光进行吸收，因此如图3所示，也可以在受光元件(PD1)的后侧配置金属等光吸收构件(AB1)。该技术也同样能够适用于图4的光波导元件。而且，如图7所示在光栅的上侧配置有受光元件8的情况下，也能够在受光元件8的上侧配置光吸收构件。在光吸收构件设有金属的情况下，也可以将其与接地电极连接使用。
在基板1的光波导的输入部、输出部，为了对光纤、光学部件与基板1的连接进行支撑而配置加强构件10。为了避免该加强构件10与光栅6的干涉，如图12所示，光栅6也可以形成于未配置加强构件10的位置。
如图12所示，将本发明的光波导元件(基板1)收容于金属等的壳体CA内，将壳体的外部与光波导元件通过光纤F连接，由此能够提供紧凑的光调制器件MD。当然，不仅在基板1的光波导的入射部或出射部直接连接光纤，也可以经由空间光学系统进行光学连接。
将输出使光调制器件MD进行调制动作的调制信号S0的电子电路(数字信号处理器DSP)连接于光调制器件MD，由此能够构成光发送装置OTA。向光波导元件施加的调制信号S需要放大，因此使用驱动电路DRV。驱动电路DRV、数字信号处理器DSP既可以配置在壳体CA的外部，也可以配置在壳体CA内。特别是通过将驱动电路DRV配置在壳体内，能够进一步减少来自驱动电路的调制信号的传播损失。
产业上的可利用性
如以上所述，根据本发明，能够提供一种能够容易地确定传播损失、耦合损失等光损失发生的部位的光波导元件。而且，能够提供一种使用该光波导元件的光调制器件及光发送装置。
标号说明
1 基板
2 光波导
3 模斑转换部(SSC)
5 监视用光波导
6 光栅

Claims (12)

1.一种光波导元件，具备形成有光波导的基板，其特征在于，
所述光波导元件具备在该光波导的一部分形成的光栅或与监视用光波导连接的光栅，所述监视用光波导合流到该光波导的一部分或从该光波导的一部分分支，
经由该光栅，向该光波导输入光波，或将在该光波导中传播的光波的至少一部分输出。
2.根据权利要求1所述的光波导元件，其特征在于，
该光波导具备马赫-曾德尔型光波导，通过该光栅，向该马赫-曾德尔型光波导的输入部输入光波，或将来自该马赫-曾德尔型光波导的输出部的光波的至少一部分输出。
3.根据权利要求1或2所述的光波导元件，其特征在于，
该光波导是肋型光波导。
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，
在该光波导的端部设置有模斑转换部，该模斑转换部使光波的模场直径变化。
5.根据权利要求2～4中任一项所述的光波导元件，其特征在于，
在将在该光波导中传播的光波的至少一部分输出的该光栅的上表面侧配置有受光元件。
6.根据权利要求5所述的光波导元件，其特征在于，
所述光波导元件设置有光吸收构件，该光吸收构件吸收从该光栅输出的光波中的未向该受光元件入射的光波。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的光波导元件，其特征在于，
在相对于与该监视用光波导连接的该光栅而与配置有该监视用光波导的一侧相反的一侧配置有光吸收构件。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的光波导元件，其特征在于，
在从该监视用光波导向该光栅传播的光波的行进方向的延长线上，未配置光波导的分支部和合波部以及在该基板之外配置的光学部件的光路。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的光波导元件，其特征在于，
在该基板的上表面的一部分配置有加强构件，该光栅形成于未配置该加强构件的位置。
10.一种光调制器件，其特征在于，
所述光调制器件具有：权利要求1～9中任一项所述的光波导元件；收容该光波导元件的壳体；及相对于该光波导元件输入或输出光波的光纤。
11.根据权利要求10所述的光调制器件，其特征在于，
在该基板上设置对在该光波导中传播的光波进行调制的调制电极，在该壳体的内部或外部具有将向该调制电极输入的调制信号放大的电子电路。
12.一种光发送装置，其特征在于，
所述光发送装置具有：权利要求11所述的光调制器件；及输出使该光调制器件进行调制动作的调制信号的电子电路。
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