JP2000193837A

JP2000193837A - 光素子および光変調器

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Publication number: JP2000193837A
Application number: JP36801398A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Shibata; 泰夫柴田; Hiroshi Miyazawa; 弘宮澤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1998-12-24
Filing date: 1998-12-24
Publication date: 2000-07-14

Abstract

(57)【要約】【課題】光路変換、特に光路反転を、低損失で容易に
行うことが可能な小型な光素子を提供し、さらには、こ
の光素子を用いて構成した小型で高性能な光変調器を提
供する。【解決手段】基板上に設けた入力導波路および出力導
波路に共通領域として高次モードの伝搬を許容する多モ
ード伝搬領域を接続し、この多モード伝搬領域に、前記
入力導波路および出力導波路とは異なる少なくとも２本
の光路変換用導波路を接続し、この光路変換用導波路の
末端部に、前記入力導波路に入射して前記多モード伝搬
領域を通って前記光路変換用導波路に伝搬した光を反射
する反射層を設けた。さらに、必要に応じて、前記導波
路末端部と前記反射層との間に波長板を介装する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光路変換するため
の光導波路を有する光素子とこの光素子を用いて構成し
た光変調器とに関するもので、さらに詳しくは、光導波
路の光路変換を改善することにより集積化、高性能化を
図った光素子と、この光素子を用いて構成した小型で高
性能な光変調器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は、光素子を構成する従来の光路変
換導波路の一例である（宮澤他、１９９２年電子情報通
信学会春季大会Ｃ−２０４参照）。この例では、基板４
０１に形成された導波路４０２から入射した光が反射端
部４０３に設けられたＡｌミラー４０４で反射され、反
射された光が導波路４０２′から出力され、その結果、
光路が１８０度変換される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の光路変換導
波路においては、過剰損失に対する反射端部４０３の位
置のトレランスが非常に厳しい。すなわち、導波路４０
２と４０２′の光軸の交点を反射端部４０３に正確に合
わせる必要がある。このような光路変換導波路として、
ＬｉＮｂＯ₃ 導波路を用いた場合、前記位置合わせのた
めのトレランスは５μｍ程度となる。また、半導体導波
路を用いた場合では、トレランスは１μｍ以下にもな
る。そのため、従来の光路変換導波路を有する光素子
は、充分な性能を持つものとしては、実質的に製作が困
難であった。

【０００４】本発明の課題は、上述した従来の問題点を
解決し、光路変換、特に光路反転を、低損失で容易に行
うことが可能な小型な光素子を提供することにあり、さ
らには、この光素子を用いて構成した小型で高性能な光
変調器を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１に記載の光素子は、基板上に、入
力導波路および出力導波路が設けられ、これら導波路に
共通領域として高次モードの伝搬を許容する多モード伝
搬領域が接続され、この多モード伝搬領域に、前記入力
導波路および出力導波路とは異なる少なくとも２本の光
路変換用導波路が接続され、この光路変換用導波路の末
端部に、前記入力導波路に入射して前記多モード伝搬領
域を通って前記光路変換用導波路に伝搬した光を反射す
る反射層が設けられていることを特徴とする。

【０００６】また、本発明の請求項２にかかる光素子
は、前記請求項１の光素子において、前記導波路末端部
と前記反射層との間に波長板が介装されていることを特
徴とする。

【０００７】さらに、本発明の請求項３にかかる光変調
器は、入力導波路に入射した光が光路を伝搬中に変調さ
れ、変調された光が出力導波路から出力される光変調器
において、前記入力導波路と出力導波路との間に、前記
請求項１または２に記載の光素子が設けられていること
を特徴とする。

【０００８】

【作用】前記構成の発明の光素子は、光路を変換するた
めの反射端部の位置を任意に設定することが可能にな
り、これにより、素子の小型化が図れるとともに、光路
反転を始めとする光路変換を低損失で行うことが可能に
なる。また、この光素子を用いて光変調器を構成すれ
ば、装置の小型化と高性能化を図ることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】（実施形態例１）図１は、本発明
にかかる光素子の第１の実施形態例を説明する平面図で
ある。図に示すように、光素子を構成する基板１０１に
は、入力導波路１０２と、出力導波路１０２′とが形成
されている。この入力導波路１０２と、出力導波路１０
２′とには、多モード伝搬領域１０３が共通領域として
接続されており、この多モード伝搬領域には、さらに、
光路変換用導波路１０４および１０４′が接続されてい
る。前記光路変換用導波路１０４および１０４′は、基
板１０１の一端に露出しており、この導波路末端部１０
５は、基板１０１の端面を研磨、劈開またはエッチング
等を施すことにより形成したものである。そして、この
基板端部には、導波路末端部１０５における反射率を大
きくするために、反射膜として、例えば、アルミニウム
の反射層１０６が形成されている。

【００１０】以下に、前記構成の光素子の動作について
説明する。

【００１１】入力導波路１０２に入射した光は、多モー
ド伝搬領域１０３まで導波される。多モード伝搬領域１
０３に入射した光は、多モード伝搬領域１０３の幅に応
じた適当な距離だけ伝搬したところで、自己結像効果に
より２分岐する。２分岐した光は、それぞれ、光路変換
用導波路１０４および１０４′に入射する。光路変換用
導波路１０４および１０４′を伝搬した光は、末端部１
０５に形成されたアルミニウム反射層１０６で反射さ
れ、光路変換用導波路１０４および１０４′を逆行す
る。そして、逆行した光は、それぞれ、再び多モード伝
搬領域１０３に入射する。導波路１０４を逆行して多モ
ード伝搬領域１０３に入射した光も、導波路１０４′を
逆行して多モード伝搬領域１０３に入射した光も、それ
ぞれ、多モード伝搬領域１０３内で、自己結像効果によ
り２分岐する。２分岐した光は、それぞれ、入力導波路
１０２および出力導波路１０２′に導波される。ここ
で、入力導波路１０２においては、導波路１０４から入
射した光と、導波路１０４′から入射した光とが打ち消
し合うため、導波されない。一方、出力導波路１０２′
においては、導波路１０４から入射した光と、導波路１
０４′から入射した光とが強め合い、無損失で伝搬す
る。その結果、入力導波路１０２から入射した光が、低
損失で出力導波路１０２′から出射されることになり、
光路反転が実現される。

【００１２】前記構成において、光路変換用導波路１０
４および１０４′の長さＬは、０μｍを越えた値であれ
ば、その数値に制限はなく、必ず光路反転が低損失で実
現される。この実施形態例では、多モード伝搬領域１０
３の形状として、導波路幅が均一の場合について示した
が、導波路幅が、直線的、曲線的を問わず、変化するよ
うな導波路であっても、本実施例と同様な効果が期待で
きる。

【００１３】また、本発明は、基板材料および導波路形
状によらず、あらゆる形態の導波路についても適用可能
である。すなわち、半導体基板、誘電体基板を問わず、
また、導波路形状も、埋め込み型、拡散型、装荷型、リ
ッジ型、ハイメサ型等、どのような形状のものにも、適
用可能である。また、反射膜についても、金属膜に限ら
ず、誘電体膜であっても、同様の効果が期待できる。な
お、誘電体膜を用いた場合には、その層構造によって
は、特定の波長の光を選択的に反射し、出力導波路へ導
波させるチャネルドロップ機能を持たせることも可能で
ある。

【００１４】（実施形態例２）図２は、本発明の第２の
実施形態例を説明する平面図である。図中、２０１は基
板であり、２０２は入力導波路、２０２′は出力導波
路、２０３は多モード伝搬領域、２０４および２０４′
は光路変換用導波路である。また、２０５は導波路末端
部を示し、２０６は前記末端部２０５における反射膜と
してのアルミニウムの反射層であり、この反射層２０６
と前記末端部２０５との間には、１／４波長板２０７が
介装されている。

【００１５】この構成の光素子の動作原理は、第１の実
施例と同様であるが、反射層２０６の内側に設けた１／
４波長板２０７による偏光が生じるところが第１の実施
形態例と異なる。すなわち、光路変換用導波路２０４，
２０４′から導波路末端部２０５に伝搬した光は、導波
路末端部２０５に設けられた１／４波長板２０７を通過
後、アルミニウムの反射層２０６で反射され、再び１／
４波長板２０７を通過することにより、その偏光方向が
９０度回転する。その結果、多モード伝搬領域２０３を
通って出力導波路２０２′から出射される光の偏光状態
は、入力導波路１０２から入射した光の偏光状態と９０
度異なっており、光路変換と同時に偏波回転が実現され
る。この実施形態例では、１／４波長板を用いて９０度
偏光を実現したが、波長板を適宜選択することにより、
異なる偏光を得ることができる。

【００１６】本実施形態例についても、第１の実施形態
例でと同様に、任意の基板材料、導波路構造について適
用可能であることはいうまでもない。また、多モード伝
搬領域１０３の形状についても、様々な形状が適用可能
である。

【００１７】（実施形態例３）図３は、本発明に関わる
光路変換素子を用いたマッハツェンダー型光変調器の実
施例である。図中、３０１は基板であり、３０２は入力
導波路、３０２′は出力導波路である。また、３０３は
本発明による光路変換光素子、３０４は電極である。前
記入力導波路３０２および出力導波路３０２′は、基板
３０１の同じ側の端部に入力ポートおよび出力ポートを
有しており、それぞれ２分岐している。そして、これら
入力導波路３０２および出力導波路３０２′の分岐導波
路の内、互いに隣接しているそれぞれの分岐導波路は、
途中で交差されている。出力導波路３０２′の一方の分
岐導波路と交差した入力導波路３０２の分岐導波路は、
出力導波路３０２′の交差に関与しない他の分岐導波路
と一緒に一方の光路変換素子３０３に接続されている。
同様に、入力導波路３０２の一方の分岐導波路に交差し
た出力導波路３０２′の分岐導波路は、入力導波路３０
２の交差に関与しない他の分岐導波路と一緒に他方の光
路変換素子３０３に接続されている。

【００１８】この構成の変調器において、前記光路変換
素子３０３として、第１の実施形態例にて説明し、図１
に示したものを用いた場合、前記各導波路３０２および
３０２の分岐導波路のほぼ分岐完了位置からほぼ前記交
差開始位置までのそれぞれの距離をＬ₁ およびＬ₂ で表
すと、マッハツェンダー干渉系の相互作用長はＬ₁ ＋Ｌ
₂ となり、基板の大きさによる制約を超えて相互作用長
を長くすることが可能となる。その結果、動作電圧の大
幅な低減が実現される。

【００１９】また、光路変換光素子３０３として、第２
の実施形態例にて説明し、図２に示したものを用いた場
合、例えば、長さＬ₁ の相互干渉部でＴＥ成分を、長さ
Ｌ₂の相互干渉部でＴＭ成分を変調することになり、変
調器の偏波無依存化が実現される。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高度な制作技術を必要とせずに、光路変換光素子、ある
いは偏波回転光素子、チャネルドロップ光素子等を容易
に実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例にかかる光素子の平面構
成図である。

【図２】本発明の第２の実施例にかかる光素子の平面構
成図である。

【図３】本発明の光素子を用いて構成したマッハツェン
ダー型光変調器の一例を示す平面構成図である。

【図４】従来の光路変換光素子の一例を示す平面構成図
である。

【符号の説明】

１０１，２０１，３０１，４０１基板１０２、２０２、３０２、４０２入力導波路１０２′、２０２′、３０２′、４０２′ 出力導波路１０３，２０３多モード伝搬領域１０４，１０４′、２０４，２０４′ 光路変換用導波
路１０５，２０５，４０３導波路末端部１０６，２０６，４０４反射層２０７波長板３０３光路変換光素子３０４電極１０７，２０８，３０５，４０５光入力１０７′、２０３′、３０５′、４０５′ 光出力

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H047 KA03 LA00 LA12 LA23 RA08 TA01 TA22 TA35 TA43 2H079 AA02 AA12 BA03 EA05 EA28 HA11 KA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、入力導波路および出力導波路
が設けられ、これら導波路に共通領域として高次モード
の伝搬を許容する多モード伝搬領域が接続され、この多
モード伝搬領域に、前記入力導波路および出力導波路と
は異なる少なくとも２本の光路変換用導波路が接続さ
れ、この光路変換用導波路の末端部に、前記入力導波路
に入射して前記多モード伝搬領域を通って前記光路変換
用導波路に伝搬した光を反射する反射層が設けられてい
ることを特徴とする光素子。
【請求項２】前記導波路末端部と前記反射層との間に
波長板が介装されていることを特徴とする請求項１に記
載の光素子。
【請求項３】入力導波路に入射した光が光路を伝搬中
に変調され、変調された光が出力導波路から出力される
光変調器において、前記入力導波路と出力導波路との間
に、請求項１または２に記載の光素子が設けられている
ことを特徴とする光変調器。