JP2004085852A - Light intensity controller - Google Patents

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JP2004085852A JP2002246174A JP2002246174A JP2004085852A JP 2004085852 A JP2004085852 A JP 2004085852A JP 2002246174 A JP2002246174 A JP 2002246174A JP 2002246174 A JP2002246174 A JP 2002246174A JP 2004085852 A JP2004085852 A JP 2004085852A
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waveguide
light
light intensity
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control device
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JP2002246174A
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Takeshi Aoki
青木 剛
Masayuki Kato
加藤 雅之
Yasuo Yamagishi
山岸 康男
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light intensity controller with a compact construction, with which intensity of light propagating through a channel waveguide is monitored and fedback. <P>SOLUTION: The optical intensity controller is provided with a substrate, a waveguide structure containing a slab waveguide and the channel waveguide mounted on the substrate, a light extraction part extracting a part of the light propagating through the channel waveguide to the outside of the waveguide structure mounted on the channel waveguide, an optical detector to detect intensity of a part of the propagating light extracted at the light extraction part and a controller to control the optical intensity of the light propagating through the channel waveguide based on the optical intensity detected by the optical detector. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速、大容量の信号伝送を必要とする導波路型光デバイスに関し、特にチャネル導波路の光強度を制御する光強度制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】複数の入力チャネル導波路と複数の出力チャネル導波路とを用い、入力ー出力間で光信号の伝播経路の変更を行なう場合がある。電気、光学効果材料でプリズムを形成し、印加する電圧を変更するとプリズム機能が変化し、光の進向方向を変更することができる。各チャネル導波路にこのような可変プリズムを組み合わせ、あるチャネル導波路から入力する光信号を対向する複数のチャネル導波路から選択した所望の1つに供給し、光スイッチングを行うことができる。
【0003】
選択されたチャネル導波路に十分な光量の光信号が供給されているかどうかをモニタすることが望まれる。光量が不足する時は、光の進行方向を可変プリズムで調整することにより、光強度を調整することができる。
【0004】
図4(A)は、従来技術の光デバイスの構成を概略的に示す。光デバイス50は、基板上に導波路構造を含む。導波路構造は、入力側のスラブ導波路と、出力側のチャネル導波路とを含む。入力光INは、スラブ導波路を進行し、制御部52によってその進行方向が変更される。結合部53は、スラブ導波路とチャネル導波路との間に配置され、レンズ部を含む。
【0005】
結合部53からチャネル導波路に導入された光信号は、チャネル導波路を出射してビームスプリッタ5に入射し、その一部の光は分岐され参照光REFとなる。参照光は、入射光の5%程度である。ビームスプリッタ5を直進した光は、出力信号OUTを形成する。
【0006】
ビームスプリッタ5で分岐された参照光REFは、光検出器PDによって検出される。光検出器PDの出力信号は、制御信号に変換され、制御部52を制御する。制御部52で光の進行方向を制御することにより、出力側のチャネル導波路に最大の光信号が入射するように制御がされる。
【0007】
図4(B)は、ビームスプリッタ5の構成例を示す。ビームスプリッタ5は、例えば2mm角のビームスプリッタ素子61の入力側、出力側にそれぞれコリメートレンズ60、62を配置した構成である。コリメートレンズ60、62の両側に、それぞれシングルモード光ファイバー65、66が配置される。ビームスプリッタ素子61は、左側から入射する光の約5%を下方に分岐し、ホトダイオードPDに入射する。
【0008】
図4(A)に示すような構成により、チャネル導波路を進行する光強度をモニターすることができるが、光デバイス50の外側、特に光の進行方向下流にビームスプリッタ5等の光学部材を配置する必要がある。多チャネル光デバイスを構成しようとすると、チャネル毎にビームスプリッタを設ける必要があり、システムが大型化し、高集積化に不向きな構造となってしまう。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
このように、チャネル導波路の外側にビームスプリッタを設け、伝播光信号の一部を分岐し、その光強度をモニターしてフィードバックする構成は、大型化してしまい、高集積化に不向きである。
【0010】
本発明の目的は、チャネル導波路を進行する光強度をモニターし、フィードバックすることのできるコンパクトな構成の光強度制御装置を提供することである。
【0011】
本発明の他の目的は、チャネル導波路の外部にビームスプリッタを設ける必要のない光強度制御装置を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の1観点によれば、基板と、前記基板上に設けられ、スラブ導波路とチャネル導波路とを含む導波路構造と、前記チャネル導波路に設けられ、チャネル導波路中の伝搬光の一部を導波路構造外に取り出す光取り出し部と、前記光取り出し部で取り出された伝搬光の一部の強度を検出する光検出器と、前記光検出器で検出した光強度に基づいて、前記チャネル導波路を伝播する光の強度を制御する制御器と、を有する光強度制御装置が提供される。
【0013】
本発明の他の観点によれば、基板と、前記基板上に設けられた導波路構造であって、複数の入力チャネル導波路と、複数の出力チャネル導波路と、前記複数の入力チャネル導波路と前記複数の出力チャネル導波路との間に配置され、前記複数の入力チャネル導波路および前記複数の出力チャネル導波路に共通のスラブ導波路とを含む導波路構造と、前記各出力チャネル導波路に設けられ、出力チャネル導波路中の伝搬光の一部を導波路構造外に取り出す光取り出し部と、前記各光取り出し部で取り出された伝搬光の一部の強度を検出する光検出器と、前記光検出器で検出した光強度に基づいて、前記出力チャネル導波路を伝播する光の強度を制御する制御器と、を有する光強度制御装置が提供される。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1(A)は、スイッチ機能を有する光デバイスである導波システムWGSの構成を概略的に示す平面図である。導波システムWGSは、入力側に複数の入力チャネルCHI、出力側に複数の出力チャネルCHOを有し、その間にチャネル切り換え機能を有する切り換えスイッチSWを有する。切り換えスイッチSWは、各入力チャネルに近接した位置に入力側コントローラCLIを有し、各出力チャネルCHOに近接した位置に出力側コントローラCLOを有する。
【0015】
各入力側コントローラCLIはたとえば一対の直角プリズムで構成されている。斜辺を平行に配置し、入射面、出射面を入射光と垂直にする。プリズム対の形態はこれに限らない。たとえば上凸のプリズムで入射光を下側に屈折させる機能を付与し、下凸のプリズムで入射光を上側に屈折させる機能を付与する。すなわち、一対のプリズムにより、水平方向から入射する光を上下に走査することができる。出力側コントローラCLOも一対のプリズムで構成され、斜め方向から入射する光を水平方向に戻すことができる。なお、入力、出力を切り換えて使用することもできる。本明細書では一方を入力側と呼んだ時、他方を出力側と呼ぶ。なお、一対のプリズムの代りに1つのプリズムを用いることもできる。
【0016】
入力チャネルCHIのいずれか1つから入力した光は、対応する入力側コントローラCLIの制御を受け、所望の出力側コントローラに向けて進行方向が変更される。進行した光は、出力側コントローラCLOによって再び進行方向を調整され、出力チャネルCHOに進行する。
【0017】
図1(B)は、1つの出力チャネルの近傍の構成を概略的に示す平面図である。導波路構造は、入力側から連続するスラブ導波路SLと、出力側のチャネル導波路CHを含み、その間にレンズ部Lが結合されている。スラブ導波路SLの上下には、三角形の制御電極CEが配置されている。三角電極は、たとえば直角を挟む長辺が約500μm、短辺が約100μmの直角三角形の形状である。1つの三角電極プリズムを示したが、図1(A)のように2つの三角電極プリズムを用いても良い。
【0018】
三角電極間に電圧を印加することによって上下電極間に挟まれたスラブ導波路の屈折率が変化する。プリズムの屈折率が変化すると、プリズム作用が変化し、光の進行方向が制御される。
【0019】
レンズLは、その平面形状が図に示すように、レンズ状とされており、両側の媒体の屈折率との差により面内でレンズ作用を有する。チャネル導波路CHは、レンズLの出力側に連続して形成されたストライプ状の導波路であり、その一部表面上にグレーティングGが形成されている。グレーティングGの上方には、ホトダイオード等の光検出器PDが配置される。チャネル導波路CHの出力端に近接して、光ファイバーのコアFCが配置される。すなわち、チャネル導波路CHを出射した光は、ファイバーコアFCに入射する。
【0020】
グレーティングGは、入射光を上方(紙面前方)に回折し、ホトダイオートPDに入射させる機能を有する。例えば、入力光の約5%を回折させ、95%を直進させる。
【0021】
図1(C)は、図1(B)に示す出力チャネルと、そのフィードバック系を含む構成を示す概略断面図である。基板10は例えばLiNbO基板であり、その表面には例えばLiNbO:Tiで形成された厚さ約10μmの高屈折率層11が形成されている。高屈折率層11は、導波路を構成すると共に、電界を印加した時に屈折率が変化する電気光学材料の層である。高屈折率層11の平面形状は、図1(A)に示すようにパターニングされている。
【0022】
図1(C)は、図1(B)に対応して出力チャネル近傍を示し、左側部分ではスラブ導波路、中間部分で平面状のレンズLを構成し、右側部分ではストライプ状の出力チャネル導波路CHOを構成する。スラブ導波路SLの上側及び対応する基板下面には、三角形の制御電極CEが形成される。
【0023】
制御電極CEは、例えばインジウム錫酸化物(ITO)で形成される。導波路の上に直接金属電極を形成すると、TMモードが減衰する現象を生じる。この点からは、ITO等の透明材料を用いることが好ましい。但し、高屈折率層の上にさらに低屈折率のクラッド層を設けた場合、その上に形成する電極はAl等の金属でも良い。
【0024】
チャネル導波路CHOの上面の一部には、グレーティングGがエッチング等によって形成されており、チャネル導波路CHOを進行する光を上方に回折させる。基板10の上方には、印刷回路基盤PBが配置される。印刷回路基盤PBには、ホトダイオードPDが設けられている。回折格子Gの回折光が入射する位置に、ホトダイオートPDが配置される。
【0025】
又、三角形の制御電極CEに電圧を供給するよう、制御電極CEの上面に、ハンダバンプSBが配置され、回路基板PB上の配線に接続される。回路基板PBには、制御回路CTL及び駆動回路DRが載置されおり、ホトダイオートPDの出力信号が制御回路CTLで制御され、駆動回路DRに供給され、制御電極CEを駆動する電圧が作成される。なお、出力側の制御電極のみでなく、入力側の制御電極にもフィードバック制御を行うようにしてもよい。
【0026】
導波路構造の右側に近接して、光ファイバーのコアFCが配置される。ビームスプリッターをあらためて配置する必要がないため、構成を小型化するのに適している。さらに、グレーティングGで回折された分岐光は、上方に進行してホトダイオートPDに入射する。このため、ホトダイオートPDは制御電極CEにより近い位置に配置される。回路基盤PB上に制御回路CDL、駆動回路DRを設けることにより、フィードバック制御系を小面積内にまとめ、基板10上方に配置することが可能となる。
【0027】
図2(A)〜(E)は、図1(B)に示すような導波路構造を有する光デバイスの製造方法を説明する断面図及び平面図である。
図2(A)に示すように、z−カットのLiNbO基板10の表面上にTi層11を、例えばスパッタリングにより、形成する。Ti層11は、例えば厚さ50nmである。
【0028】
図2(B)に示すように、基板10を空気中で10時間、1100℃に加熱する。Ti層11からTiがLiNbO基板10内に拡散し、その表面に深さ約10μmのLiNbO:Ti(Ti拡散LiNbO)層12を形成する。LiNbO:Ti層12は、LiNbO基板10よりも屈折率が高く、電気光学効果を示す材料である。
【0029】
図2(C)に示すように、必要に応じてLiNbO:Ti層12の上に、例えば厚さ200nmのSiO層13をプラズマCVDにより形成する。なお、SiO層13は、クラッド層となるが、省略してもよい。以下の説明に置いては、SiO層13は無い場合を例にとって説明する。
【0030】
図2(D)に示すように、レジストマスクを用いて導波路層12のパターニングを行う。図中左側には例えば矩形状のスラブ導波路SLを残し、中央部にはスラブ導波路SLに対向する部分に円弧状の境界を有し、右側には直線状の境界を有するレンズ部Lをパターニングし、レンズ部Lの出力側にチャネル導波路CHをパターニングする。なお、このドライエッチングは、基板10も若干エッチングするが、機能的には問題は生じない。
【0031】
図2(E)に示すように、導波路層のスラブ導波路部分表面上に例えばITO層をスパッタリングで形成し、レジストパターンを用いてドライエッチングによりITO層をパターニングする。このようにして、スラブ導波路SL上に三角形の制御電極CEを形成する。なお、基板下面にも対応する位置に三角形の制御電極を形成する。
【0032】
レジストマスクを用いて、チャネル導波路CHの一部表面上に、回折格子パターンをエッチングする。回折格子Gの格子定数は、所望の方向に回折光を生じさせるように選択する。グレーティングGの作成方法は、2光束干渉法など公知のグレーティング作成方法を用いることができる。なお、回折させる光強度は、入射光強度の5%程度である。回折格子の深さ等を調整して回折光強度を調整する。
【0033】
このようにして、図1(C)に示す光デバイスの基板側構造が作成される。基板と対向して配置するホトダイオートPDとしては、例えばInGaAsを活性層として有するホトダイオートを用いることができる。制御回路CTL、駆動回路DRは、たとえばそれぞれ別チップの半導体集積回路で構成される。なお、両回路を一体として含む制御用集積回路を用いてもよい。
【0034】
なお、グレーティングを用いてチャネル導波路を進行する光を分岐させる場合を説明したが、光を分岐させる機構はグレーティングに限定されない。
図3(A)は、上下クラッド層CL1、CL2に挟まれたコア層Cを進行する光を上方に取り出す機構としてコア層Cの表面に荒れRを形成した場合を示す。表面荒れRは、光散乱源となり、入射する光を上方にも散乱させる。散乱させた光の一部しか所望方向に進行させることができないが、グレーティングよりも簡単に作成することができる。
【0035】
図3(B)は、光取り出し機構の他の例を示す。上下クラッド層CL1、CL2に挟まれたコア層Cの下側表面が、上方に持ち上がったテーパ構造を形成している。すなわち、コア層Cと下側クラッドCL1の光学界面が、テーパ部分において上方に屈曲し、入射する光を上方に向けて反射し、コア層C外部に導出する。なお、コア層Cの下側界面を上方に突出させる場合を説明したが、他の構成とすることもできる。
【0036】
図3(C)は、コア層Cの上側界面を下方に突出させたテーパ構造を示す。この構成は、コア層Cをエッチングすることにより容易に実現することができる。入射する光を屈折により上方に進行させる。
【0037】
導波路層は、少なくともそのプリズム部分を、電気光学効果を有する材料で形成する必要がある。電気光学効果を有する材料としては、以下のようなものが知られている。
【0038】
【表1】

Figure 2004085852
これらの材料から2種を選択し、屈折率の高いほうを導波路層とし、低い方をクラッド層とすることができる。なお、クラッド層は電気光学材料でなくてもよい。空気をクラッド層とすることもできる。
【0039】
コントローラは、光の進行方向を制御できるものであればよい。直角プリズムの他種々のプリズムを用いることができる。入射光を斜めに受ける1つの光学界面でもよい。プリズムを用いる場合もその数は任意に増減してよい。プリズム制御用の電極は上下でその材料を変えてもよい。
【0040】
チャネル導波路の配置も種々に変更できる。2組の複数のチャネル導波路を対向させる場合に限らず、1つのチャネル導波路と複数のチャネル導波路を対向させてもよい。スラブ導波路の周囲に複数のチャネル導波路を配置してもよい。
【0041】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば種々の変更、改良、組合わせが可能なことは当業者に自明であろう。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、チャネル導波路の一部に光分岐構造を形成し、その上方に光検出器を配置できるので、光強度制御装置を小型化することが容易になる。
【0043】
多チャネル光デバイスを高集積度で形成することが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による光デバイスの構成を示す平面図及び断面図である。
【図2】図1(B)に示す光導波路構造の製造方法を示す断面図及び平面図である。
【図3】本発明の他の実施例による光取り出し機構を概略的に示す断面図である。
【図4】従来の技術による光強度制御装置の構成を概略的に示すブロック図及び断面図である。
【符号の説明】
WGS 導波システム
CHI 入力チャネル
CHO 出力チャネル
SW 切り換えスイッチ
CLI 入力側コントローラ
CLO 出力側コントローラ
SL スラブ導波路
CH チャネル導波路
CE 制御電極
L レンズ部
PD 光検出器(ホトダイオード)
FC ファイバのコア
G グレーティング
PB 回路基盤
CTL 制御回路
DR 駆動回路
10 LiNbO基板
11 Ti層
12 LiNbO:Ti層
13 SiO
R 表面荒れ
T テーパ構造[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a waveguide type optical device requiring high-speed, large-capacity signal transmission, and more particularly to a light intensity control device for controlling light intensity of a channel waveguide.
[0002]
2. Description of the Related Art In some cases, a plurality of input channel waveguides and a plurality of output channel waveguides are used to change the propagation path of an optical signal between input and output. When a prism is formed from an electric or optical effect material and the applied voltage is changed, the prism function changes, and the direction in which light travels can be changed. By combining such a variable prism with each channel waveguide, an optical signal input from a certain channel waveguide can be supplied to a desired one selected from a plurality of channel waveguides facing each other to perform optical switching.
[0003]
It is desirable to monitor whether a sufficient amount of optical signal is supplied to the selected channel waveguide. When the amount of light is insufficient, the light intensity can be adjusted by adjusting the traveling direction of the light using a variable prism.
[0004]
FIG. 4A schematically shows the configuration of a conventional optical device. Optical device 50 includes a waveguide structure on a substrate. The waveguide structure includes an input-side slab waveguide and an output-side channel waveguide. The input light IN travels through the slab waveguide, and its traveling direction is changed by the control unit 52. The coupling unit 53 is disposed between the slab waveguide and the channel waveguide, and includes a lens unit.
[0005]
The optical signal introduced into the channel waveguide from the coupling unit 53 exits the channel waveguide and enters the beam splitter 5, and a part of the light is branched and becomes the reference light REF. The reference light is about 5% of the incident light. Light that has traveled straight through the beam splitter 5 forms an output signal OUT.
[0006]
The reference light REF split by the beam splitter 5 is detected by the photodetector PD. The output signal of the photodetector PD is converted into a control signal and controls the control unit 52. By controlling the traveling direction of the light by the control unit 52, the control is performed so that the maximum optical signal is incident on the channel waveguide on the output side.
[0007]
FIG. 4B shows a configuration example of the beam splitter 5. The beam splitter 5 has a configuration in which, for example, collimating lenses 60 and 62 are arranged on an input side and an output side of a 2 mm square beam splitter element 61, respectively. Single mode optical fibers 65 and 66 are arranged on both sides of the collimating lenses 60 and 62, respectively. The beam splitter element 61 branches about 5% of the light incident from the left side downward, and enters the photodiode PD.
[0008]
With the configuration shown in FIG. 4A, the intensity of light traveling in the channel waveguide can be monitored. However, an optical member such as the beam splitter 5 is arranged outside the optical device 50, particularly, downstream of the traveling direction of light. There is a need to. In order to configure a multi-channel optical device, it is necessary to provide a beam splitter for each channel, so that the system becomes large in size and has a structure unsuitable for high integration.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the configuration in which the beam splitter is provided outside the channel waveguide, a part of the propagating optical signal is branched, and the light intensity is monitored and fed back is not suitable for high integration.
[0010]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a light intensity control device having a compact configuration capable of monitoring and feeding back the light intensity traveling in a channel waveguide.
[0011]
It is another object of the present invention to provide a light intensity control device that does not require a beam splitter outside a channel waveguide.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, a substrate, a waveguide structure provided on the substrate and including a slab waveguide and a channel waveguide, and a waveguide structure provided in the channel waveguide and transmitting light in the channel waveguide. A light extraction part for extracting a part out of the waveguide structure, a light detector for detecting the intensity of a part of the propagation light extracted by the light extraction part, and a light intensity detected by the light detector, A controller for controlling the intensity of light propagating through the channel waveguide.
[0013]
According to another aspect of the present invention, there is provided a substrate, and a waveguide structure provided on the substrate, wherein the plurality of input channel waveguides, the plurality of output channel waveguides, and the plurality of input channel waveguides are provided. A waveguide structure disposed between the plurality of output channel waveguides and a slab waveguide common to the plurality of input channel waveguides and the plurality of output channel waveguides; and each of the output channel waveguides. A light extraction unit that extracts a part of the propagation light in the output channel waveguide out of the waveguide structure, and a photodetector that detects the intensity of a part of the propagation light extracted by each of the light extraction units. A controller for controlling the intensity of light propagating through the output channel waveguide based on the light intensity detected by the photodetector.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1A is a plan view schematically showing a configuration of a waveguide system WGS which is an optical device having a switch function. The waveguide system WGS has a plurality of input channels CHI on the input side and a plurality of output channels CHO on the output side, and has a changeover switch SW having a channel switching function therebetween. The changeover switch SW has an input-side controller CLI at a position close to each input channel, and has an output-side controller CLO at a position close to each output channel CHO.
[0015]
Each input-side controller CLI is composed of, for example, a pair of right-angle prisms. The oblique sides are arranged in parallel, and the entrance surface and the exit surface are perpendicular to the incident light. The form of the prism pair is not limited to this. For example, a function of refracting incident light downward by an upwardly convex prism is provided, and a function of refracting incident light upward by a downwardly convex prism. That is, the light incident from the horizontal direction can be scanned up and down by the pair of prisms. The output-side controller CLO is also composed of a pair of prisms, and can return the light incident from an oblique direction to the horizontal direction. The input and output can be switched and used. In this specification, when one is called an input side, the other is called an output side. Note that one prism can be used instead of a pair of prisms.
[0016]
The light input from any one of the input channels CHI is controlled by the corresponding input-side controller CLI, and its traveling direction is changed toward a desired output-side controller. The traveling light has its traveling direction adjusted again by the output-side controller CLO, and travels to the output channel CHO.
[0017]
FIG. 1B is a plan view schematically showing a configuration near one output channel. The waveguide structure includes a slab waveguide SL continuous from an input side and a channel waveguide CH on an output side, and a lens portion L is coupled therebetween. Above and below the slab waveguide SL, triangular control electrodes CE are arranged. The triangular electrode is, for example, in the shape of a right-angled triangle having a long side of about 500 μm and a short side of about 100 μm across a right angle. Although one triangular electrode prism is shown, two triangular electrode prisms may be used as shown in FIG.
[0018]
By applying a voltage between the triangular electrodes, the refractive index of the slab waveguide sandwiched between the upper and lower electrodes changes. When the refractive index of the prism changes, the prism action changes, and the traveling direction of light is controlled.
[0019]
The lens L has a lens shape as shown in the figure, and has a lens function in the plane due to the difference between the refractive indexes of the media on both sides. The channel waveguide CH is a striped waveguide continuously formed on the output side of the lens L, and a grating G is formed on a partial surface thereof. Above the grating G, a photodetector PD such as a photodiode is arranged. An optical fiber core FC is arranged near the output end of the channel waveguide CH. That is, the light emitted from the channel waveguide CH enters the fiber core FC.
[0020]
The grating G has a function of diffracting incident light upward (forward in the plane of the paper) and causing the diffracted light to enter the photo die auto PD. For example, about 5% of the input light is diffracted and 95% goes straight.
[0021]
FIG. 1C is a schematic sectional view showing a configuration including the output channel shown in FIG. 1B and its feedback system. The substrate 10 is, for example, a LiNbO 3 substrate, and a high-refractive-index layer 11 made of, for example, LiNbO 3 : Ti and having a thickness of about 10 μm is formed on the surface thereof. The high refractive index layer 11 is a layer of an electro-optic material that forms a waveguide and changes the refractive index when an electric field is applied. The planar shape of the high refractive index layer 11 is patterned as shown in FIG.
[0022]
FIG. 1 (C) shows the vicinity of the output channel corresponding to FIG. 1 (B). A slab waveguide is formed in the left part, a planar lens L is formed in the middle part, and a striped output channel guide is formed in the right part. A wave path CHO is formed. A triangular control electrode CE is formed above the slab waveguide SL and the lower surface of the corresponding substrate.
[0023]
The control electrode CE is formed of, for example, indium tin oxide (ITO). When a metal electrode is formed directly on the waveguide, a phenomenon occurs in which the TM mode is attenuated. From this point, it is preferable to use a transparent material such as ITO. However, when a low refractive index cladding layer is further provided on the high refractive index layer, the electrode formed thereon may be a metal such as Al.
[0024]
A grating G is formed on a part of the upper surface of the channel waveguide CHO by etching or the like, and diffracts light traveling in the channel waveguide CHO upward. A printed circuit board PB is arranged above the substrate 10. A photodiode PD is provided on the printed circuit board PB. A photo diode PD is arranged at a position where the diffracted light from the diffraction grating G is incident.
[0025]
Further, a solder bump SB is arranged on the upper surface of the control electrode CE so as to supply a voltage to the triangular control electrode CE, and is connected to the wiring on the circuit board PB. A control circuit CTL and a drive circuit DR are mounted on the circuit board PB, and an output signal of the photo diode auto PD is controlled by the control circuit CTL and supplied to the drive circuit DR to generate a voltage for driving the control electrode CE. . Feedback control may be performed not only on the output-side control electrodes but also on the input-side control electrodes.
[0026]
An optical fiber core FC is disposed close to the right side of the waveguide structure. Since it is not necessary to arrange a beam splitter again, it is suitable for downsizing the configuration. Further, the branched light diffracted by the grating G travels upward and enters the photoauto PD. For this reason, the photo die auto PD is arranged at a position closer to the control electrode CE. By providing the control circuit CDL and the drive circuit DR on the circuit board PB, the feedback control system can be integrated in a small area and arranged above the substrate 10.
[0027]
2A to 2E are a cross-sectional view and a plan view illustrating a method for manufacturing an optical device having a waveguide structure as shown in FIG. 1B.
As shown in FIG. 2A, a Ti layer 11 is formed on the surface of the z-cut LiNbO 3 substrate 10 by, for example, sputtering. The Ti layer 11 has a thickness of, for example, 50 nm.
[0028]
As shown in FIG. 2B, the substrate 10 is heated to 1100 ° C. in air for 10 hours. Ti diffuses from the Ti layer 11 into the LiNbO 3 substrate 10, and a LiNbO 3 : Ti (Ti diffused LiNbO 3 ) layer 12 having a depth of about 10 μm is formed on the surface thereof. The LiNbO 3 : Ti layer 12 is a material having a higher refractive index than the LiNbO 3 substrate 10 and exhibiting an electro-optic effect.
[0029]
As shown in FIG. 2C, an SiO 2 layer 13 having a thickness of, for example, 200 nm is formed on the LiNbO 3 : Ti layer 12 by plasma CVD as needed. Note that the SiO 2 layer 13 becomes a clad layer, but may be omitted. In the following description, an example in which the SiO 2 layer 13 is not provided will be described.
[0030]
As shown in FIG. 2D, patterning of the waveguide layer 12 is performed using a resist mask. In the drawing, for example, a rectangular slab waveguide SL is left on the left side, a lens portion L having an arc-shaped boundary in a portion facing the slab waveguide SL in the center portion, and a linear boundary on the right side. After patterning, the channel waveguide CH is patterned on the output side of the lens unit L. This dry etching also slightly etches the substrate 10, but does not cause any functional problem.
[0031]
As shown in FIG. 2E, for example, an ITO layer is formed on the surface of the slab waveguide portion of the waveguide layer by sputtering, and the ITO layer is patterned by dry etching using a resist pattern. Thus, a triangular control electrode CE is formed on the slab waveguide SL. Note that a triangular control electrode is formed at a position corresponding to the lower surface of the substrate.
[0032]
Using a resist mask, the diffraction grating pattern is etched on a part of the surface of the channel waveguide CH. The grating constant of the diffraction grating G is selected so as to generate diffracted light in a desired direction. As a method for forming the grating G, a known grating forming method such as a two-beam interference method can be used. The light intensity to be diffracted is about 5% of the incident light intensity. The intensity of the diffracted light is adjusted by adjusting the depth of the diffraction grating.
[0033]
Thus, the substrate-side structure of the optical device shown in FIG. As the photo diode PD arranged to face the substrate, for example, a photo diode having InGaAs as an active layer can be used. The control circuit CTL and the drive circuit DR are each configured by, for example, a semiconductor integrated circuit on a separate chip. It should be noted that a control integrated circuit that includes both circuits as a single unit may be used.
[0034]
Although the case where the light traveling through the channel waveguide is branched using the grating has been described, the mechanism for branching the light is not limited to the grating.
FIG. 3A shows a case where a rough surface R is formed on the surface of the core layer C as a mechanism for extracting light traveling through the core layer C sandwiched between the upper and lower cladding layers CL1 and CL2. The surface roughness R serves as a light scattering source and scatters incident light upward. Although only a part of the scattered light can travel in the desired direction, it can be made easier than a grating.
[0035]
FIG. 3B shows another example of the light extraction mechanism. The lower surface of the core layer C sandwiched between the upper and lower clad layers CL1 and CL2 forms a tapered structure that is lifted upward. That is, the optical interface between the core layer C and the lower cladding CL1 bends upward at the tapered portion, reflects the incident light upward, and guides the light to the outside of the core layer C. Although the case where the lower interface of the core layer C protrudes upward has been described, another configuration may be adopted.
[0036]
FIG. 3C shows a tapered structure in which the upper interface of the core layer C protrudes downward. This configuration can be easily realized by etching the core layer C. The incident light travels upward by refraction.
[0037]
In the waveguide layer, at least the prism portion needs to be formed of a material having an electro-optic effect. The following materials are known as materials having an electro-optic effect.
[0038]
[Table 1]
Figure 2004085852
Two types can be selected from these materials, and the higher refractive index can be used as the waveguide layer and the lower refractive index can be used as the cladding layer. Note that the cladding layer may not be made of an electro-optic material. Air may be used as the cladding layer.
[0039]
The controller only needs to be able to control the traveling direction of light. Various prisms other than the right-angle prism can be used. One optical interface obliquely receiving incident light may be used. When using prisms, the number may be arbitrarily increased or decreased. The material of the electrode for controlling the prism may be changed up and down.
[0040]
The arrangement of the channel waveguide can be variously changed. The present invention is not limited to the case where two sets of a plurality of channel waveguides are opposed to each other, and one channel waveguide and a plurality of channel waveguides may be opposed. A plurality of channel waveguides may be arranged around the slab waveguide.
[0041]
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, and combinations are possible.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a light branching structure is formed in a part of a channel waveguide, and a photodetector can be arranged above the light branching structure. Therefore, it is easy to reduce the size of the light intensity control device. .
[0043]
It becomes easy to form a multi-channel optical device with a high degree of integration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view and a cross-sectional view illustrating a configuration of an optical device according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are a cross-sectional view and a plan view showing a method for manufacturing the optical waveguide structure shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating a light extraction mechanism according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram and a sectional view schematically showing a configuration of a light intensity control device according to a conventional technique.
[Explanation of symbols]
WGS waveguide system CHI input channel CHO output channel SW changeover switch CLI input side controller CLO output side controller SL slab waveguide CH channel waveguide CE control electrode L lens part PD photodetector (photodiode)
FC fiber core G grating PB circuit board CTL control circuit DR drive circuit 10 LiNbO 3 substrate 11 Ti layer 12 LiNbO 3 : Ti layer 13 SiO 2 layer R Rough surface T Tapered structure

Claims (10)

基板と、
前記基板上に設けられ、スラブ導波路とチャネル導波路とを含む導波路構造と、
前記チャネル導波路に設けられ、チャネル導波路中の伝搬光の一部を導波路構造外に取り出す光取り出し部と、
前記光取り出し部で取り出された伝搬光の一部の強度を検出する光検出器と、
前記光検出器で検出した光強度に基づいて、前記チャネル導波路を伝播する光の強度を制御する制御器と、
を有する光強度制御装置。
Board and
A waveguide structure provided on the substrate, including a slab waveguide and a channel waveguide,
A light extraction unit provided in the channel waveguide, for extracting a part of the propagation light in the channel waveguide out of the waveguide structure;
A photodetector that detects the intensity of a part of the propagation light extracted by the light extraction unit,
A controller that controls the intensity of light propagating through the channel waveguide based on the light intensity detected by the photodetector,
A light intensity control device having:
前記光取り出し部は、グレーティング、表面荒れ、テーパ構造のいずれかを有する請求項1記載の光強度制御装置。The light intensity control device according to claim 1, wherein the light extraction unit has one of a grating, a rough surface, and a tapered structure. 前記光検出器は、前記導波路構造に対向する位置に配置されている請求項1または2記載の光強度制御装置。The light intensity control device according to claim 1, wherein the photodetector is disposed at a position facing the waveguide structure. さらに、前記導波路構造に対向するように配置された回路基板を有し、前記光検出器は前記回路基板上に配置されている請求項3記載の光強度制御装置。4. The light intensity control device according to claim 3, further comprising a circuit board arranged so as to face the waveguide structure, wherein the photodetector is arranged on the circuit board. 前記スラブ導波路は電気光学材料の層を含み、前記制御器は、前記スラブ導波路を挟んで設けられた一対のプリズム形状の電極と、前記回路基盤上に設けられた制御回路とを含み、前記制御回路は前記光検出器の出力に基づき、前記プリズム形状の電極に印加する電圧を制御する請求項4記載の光強度制御装置。The slab waveguide includes a layer of an electro-optical material, the controller includes a pair of prism-shaped electrodes provided on both sides of the slab waveguide, and a control circuit provided on the circuit board, The light intensity control device according to claim 4, wherein the control circuit controls a voltage applied to the prism-shaped electrode based on an output of the photodetector. 前記基板はLiNbO基板であり、前記導波路構造はLiNbO:Ti層を含む請求項1〜5のいずれか1項記載の光強度制御装置。The light intensity control device according to claim 1, wherein the substrate is a LiNbO 3 substrate, and the waveguide structure includes a LiNbO 3 : Ti layer. 基板と、
前記基板上に設けられた導波路構造であって、複数の入力チャネル導波路と、複数の出力チャネル導波路と、前記複数の入力チャネル導波路と前記複数の出力チャネル導波路との間に配置され、前記複数の入力チャネル導波路および前記複数の出力チャネル導波路に共通のスラブ導波路とを含む導波路構造と、
前記各出力チャネル導波路に設けられ、出力チャネル導波路中の伝搬光の一部を導波路構造外に取り出す光取り出し部と、
前記各光取り出し部で取り出された伝搬光の一部の強度を検出する光検出器と、
前記光検出器で検出した光強度に基づいて、前記出力チャネル導波路を伝播する光の強度を制御する制御器と、
を有する光強度制御装置。
Board and
A waveguide structure provided on the substrate, wherein the plurality of input channel waveguides, the plurality of output channel waveguides, and the plurality of output channel waveguides are disposed between the plurality of input channel waveguides and the plurality of output channel waveguides. A waveguide structure including a slab waveguide common to the plurality of input channel waveguides and the plurality of output channel waveguides,
A light extraction unit provided in each of the output channel waveguides, for extracting a part of the propagation light in the output channel waveguide out of the waveguide structure;
A photodetector that detects the intensity of a part of the propagation light extracted by each of the light extraction units,
A controller that controls the intensity of light propagating through the output channel waveguide based on the light intensity detected by the photodetector,
A light intensity control device having:
前記光検出器は、前記導波路構造に対向する位置に配置されている請求項7記載の光強度制御装置。The light intensity control device according to claim 7, wherein the photodetector is arranged at a position facing the waveguide structure. さらに、前記導波路構造に対向するように配置された回路基板を有し、前記光検出器は前記回路基盤上に配置されている請求項8記載の光強度制御装置。9. The light intensity control device according to claim 8, further comprising a circuit board arranged to face the waveguide structure, wherein the photodetector is arranged on the circuit board. 前記スラブ導波路は電気光学材料の層を含み、前記制御器は、前記各入力チャネル導波路、前記各出力チャネル導波路に対応して、前記スラブ導波路を挟んで設けられた一対のプリズム形状の電極と、前記回路基板上に設けられた制御回路とを含み、前記制御回路は前記各光検出器の出力に基づき、対応する前記プリズム形状の電極に印加する電圧を制御する請求項9記載の光強度制御装置。The slab waveguide includes a layer of electro-optic material, and the controller corresponds to each of the input channel waveguides and each of the output channel waveguides, and has a pair of prism shapes provided to sandwich the slab waveguide. And a control circuit provided on the circuit board, wherein the control circuit controls a voltage applied to the corresponding prism-shaped electrode based on an output of each of the photodetectors. Light intensity control device.
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