JP2004163675A - Organic waveguide type optical modulator with monitor, optical modulation apparatus and optical integrated circuit - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モニタ付有機導波路型光変調器および光変調装置および光集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
大容量且つ高速の光通信の発達に伴い、幹線系のネットワークのみならず、LANやネットワーク端末、電子機器間、ボード間、さらにはLSIチップ間にも「光を用いた情報伝達」が提案されている。
電子機器間やボード間、LSIチップ間を光で結ぶ「光インタコネクション」では、搭載されているLSIチップの電源電圧は低電圧化が進み、LSIチップにノイズを与えないためにも、光インタコネクションに用いられるデバイスは電源電圧の低電圧化が求められている。
【0003】
光インタコネクションに用いられるデバイスの1つとして「電気信号に応じて光の強度を変調し、信号光とする光変調器」があるが、システム全体の低消費電力の要求とも相俟って、その駆動電圧の低電圧化が強く要請されている。
【0004】
光変調器の1つとして「マッハツェンダ型の光変調器」が知られている。
【0005】
この型の光変調器としては、従来から、無機強誘電性結晶であるLiNbO3(以下、LN結晶と略記する。)を用いるものが知られているが、LN結晶の誘電率が略28と大きいため変調帯域が制限され、高速変調を実現するために高帯域化を図るには、電極長さを小さくして信号マイクロ波と光波の相互作用長を小さくする必要があり、これを行うと変調のための駆動電圧が高くなるので「変調の高速化と駆動電圧の低電圧化の両立」が難しい。
【0006】
LN結晶を用いるマッハツェンダ型の光変調器で現在知られているものでは、駆動電圧:5V、変調周波数:10Gpsが一般的であり、駆動電圧はLSIチップの電源電圧に対して2〜3倍の大きさである。
【0007】
また、LN結晶を用いる光変調器は、一般にデスクリートデバイスで「高コストデバイス」である。即ち、LN等の無機材料の処理は高温プロセスで、電気配線と光導波路が組み込まれる光集積回路の構成はハイブリッド実装以外になく、アライメントが複雑で高コストとなり易い。
【0008】
一方、有機材料は誘電率が無機材料に比べて小さく、薄膜化も容易で、大きな電気光学定数を持つため、有機材料を用いることにより「低電圧駆動で高速変調可能なマッハツェンダ型の光変調器」が実現できるものと期待される。しかし、「有機高分子材料」はガラス転移点が低く、分極が温度や経時変化によって緩和されてしまうため、光変調器に用いた場合、光変調器としての信頼性をどのように確保するかが問題となる。
【0009】
マッハツェンダ型の光変調器にはまた「DCドリフト」、「温度ドリフト」と呼ばれる問題の存在が知られている。
マッハツェンダ型の光変調器では、変調された光出力の基準となる「動作点」を設定するために直流バイアス電圧が印加される。そして、この直流バイアス電圧に重畳させて高周波信号電圧が「進行波型制御電極」に印加される。
「DCドリフト」は、上記直流バイアス電圧の印加により、動作点が経時的に変動する現象である。
また、「温度ドリフト」は、光変調器における電場を作用させる部分の温度変化により動作点が経時的に変動する現象である。
DCドリフトや温度ドリフトが生じると、変調波形の歪みや、消光比の劣化が生じる。
【0010】
これらDCドリフトや温度ドリフトに対処する方法として、信号光の一部あるいは「マッハツェンダ型の光導波路の合波点から放射される放射光」を、光ファイバにより光検出器へ導光してモニタし、DCドリフトや温度ドリフトによって変化した光出力を補償するように、直流バイアス電圧の大きさを調整する方法が提案されている(特許文献1〜3参照)。
【0011】
しかし、これらの方法は「信号光が光ファイバを伝搬する従来型のディスクリート光変調器」に関するものであり、複数の光変調器を集積したり光集積回路上にモノリシックに形成したりできる有機導波路型光変調器に適用しても、モニタ光を取り出せなかったり、光検出器を配設できなかったりする場合がある。
【0012】
【特許文献1】
特許第2738078号明細書
【特許文献2】
特開平5−100194号公報
【特許文献3】
特開2001−209018号公報
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、集積が可能な有機導波路型光変調器において、モニタ光を確実に検出でき、温度ドリフトやDCドリフトの問題を有効に解消できる、マッハツェンダ型のモニタ付有機導波路型光変調器、あるいはこれを2以上集積した光変調装置、さらにはこれらを用いる光集積回路の実現を課題とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
この発明のモニタ付有機導波路型光変調器は「マッハツェンダ型の有機導波路型光変調器」である。
【0015】
請求項1記載のモニタ付有機導波路型光変調器は、制御回路と、モニタ用光検出器とを有する。
「制御回路」は、導波光の位相を変調するための電場を発生させる制御電極に印加される「光変調の動作点を設定するための直流バイアス電圧」を制御する。
【0016】
「モニタ用光検出器」は、位相変調された導波光が合波される合波部で発生する放射光を、クラッド部を介して検出する。
【0017】
そして「モニタ用光検出器が検出する放射光の強度に応じ、制御回路により直流バイアス電圧を制御して、光変調の動作点を調整する」ように構成される。
【0018】
光導波路内には、電場により導波光の位相を変調する電気光学効果媒体としてDAST(4−N,N−ジメチルアミノー4’−N−メチルスチルバゾリウム トシレート)の結晶が、導波方向がb軸となるようにして、コア層として配設される。
【0019】
請求項1記載のモニタ付有機導波路型光変調器は「位相変調された導波光が合波される合波部で発生する放射光」の向きを変換させる反射ミラーを、放射光が伝搬するクラッド部に有することができ(請求項2)、上記反射ミラーは「放射光の向きを、光導波路の形成されている基板面に交叉する方向へ変換させる」ようにできる(請求項3)。
【0020】
請求項4記載の「モニタ付有機導波路型光変調器」は、制御回路と、モニタ用光検出器と、モニタ光分岐手段と、光路変換手段とを有する。
「制御回路」は、導波光の位相を変調するための電場を発生させる制御電極に印加される「光変調の動作点を設定するための直流バイアス電圧」を制御する。
「モニタ用光検出器」は、位相変調されて合波された信号光の一部を、モニタ光として検出する。
【0021】
「モニタ光分岐手段」は、信号光の一部をモニタ光として分岐する。
「光路変換手段」は、モニタ光分岐手段により分岐されたモニタ光の向きを、光導波路の形成されている基板面に交叉する方向へ変換させる手段である。
そして「モニタ用光検出器が検出する放射光の強度に応じ、制御回路により直流バイアス電圧を制御して、光変調の動作点を調整する」ように構成される。
【0022】
光導波路内には、電場により導波光の位相を変調する電気光学効果媒体としてDASTの結晶が、導波方向がb軸となるようにしてコア層として配設される。
【0023】
請求項4記載のモニタ付有機導波路型光変調器における「光路変換手段」は、「反射ミラー」であることもできるし(請求項5)、「グレーティングカプラ」であることもできる(請求項6)。
【0024】
上記請求項4または5または6記載のモニタ付有機導波路型光変調器における「信号光からモニタ光を分岐するモニタ光分岐手段」は、「分岐導波路」であることも(請求項7)、「方向性結合器」であることもでき(請求項8)、「2入力2出力のマルチモード干渉型の光導波路」であることもできる(請求項9)。
【0025】
この発明の光変調装置は、上記請求項1〜9の任意の1に記載のモニタ付有機導波路型光変調器を2以上、同一基板上に、集積して構成したことを特徴とする(請求項10)。
【0026】
この発明の光集積回路は、請求項1〜9の任意の1に記載のモニタ付有機導波路型光変調器を1以上、同一基板上に有し、電子機器の出力端子とモニタ付有機導波路型光変調器の制御電極とを電気的に接続することにより、発光素子からの光を出力端子からの電気信号に応じた1以上の変調光として出力し、出力される変調光を光伝送部により伝送するように構成したものである(請求項11)。
【0027】
上記「DAST」は、図1に示す構造式を持つ「有機結晶」であり、有機結晶であるため「有機高分子には必要となる分極処理」が不要であり、従って「分極緩和による経時変化」がない。また、極めて大きな非線形光学定数(d11=1010pm/V(λ=1.3μm))と電気光学定数(r11=75pm/V(λ=820nm))を有し、有機結晶特有の低い誘電率(ε1=5.2)を持つ。
【0028】
この発明は、DASTの持つ上記諸特性が、マッハツェンダ型の光導波路型光変調器に極めて適しており、これを用いることにより低電圧駆動の高速変調が実現できる点に着目してなされたものである。発明者の知る限りにおいて、DASTを用いた光導波路型光変調器は知られていない。
【0029】
DASTは有機結晶であるから、無機材料に比べて熱膨張係数が大きく、温度の影響を受けやすいため、温度ドリフトが生じ易い。しかし、この発明の光変調器は「モニタ用光検出器により、放射光や信号光の一部を検出し、検出結果に基づき直流バイアス電圧を調整する」ので、上記温度ドリフトやDCドリフトの影響を確実に除去できる。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を説明する。
図2は、請求項1〜3に記載されたモニタ付有機導波路型光変調器の実施の1形態を示す図であり、(a)は上面図、(b)は反射ミラーを含むモニタ部分の断面図を示している。
【0031】
このモニタ付有機導波路型光変調器はマッハツェンダ型の光変調器で、(a)において左方から入射する入射光を光変調し、信号光として光変調器の右方から射出させる。
【0032】
モニタ付有機導波路型光変調器は、構造的には、図2(b)に示すように、基板10上に下部クラッド20、上部クラッド30を積層した構造となっており、光導波路は下部クラッド20に形成されている。上部クラッド30の上にはモニタ用光検出器50が設けられ、また下部クラッド20には反射ミラー60が設けられている。
【0033】
図2(a)に示すように、光導波路200は入射側から射出側へ向い、途中でY字分岐して2路に分かれ、分かれた各部分は「アーム部」を構成する。アーム部の下流側はY字合流して射出部へ向う。上記各アーム部には「電気光学効果」を有するDAST201、202が配置され、残りの(電気光学効果を必要としない)光導波路部分は「公知の樹脂光導波路」として形成されている。
【0034】
上部クラッド30の上面には、図2(a)に示すように、制御用電極203、204、205が図示の如く形成されている。制御電極203〜205は「進行波型電極」であり、制御電極204、205は接地電位とされ、制御電極203は50Ωの終端抵抗206を介して接地される。
【0035】
信号用電源207により、制御電極203に高周波の信号電圧(マイクロ波電圧)を印加すると、各DAST201、202にマイクロ電磁波が作用する。
【0036】
DAST201、202は、その最も大きな電気光学定数:r11を有効に利用するため、結晶のb軸が導波方向となるように、結晶方位を設定される。また、結晶のa軸方向に電圧が印加されるようにし、入射光の偏波面もa軸に平行となるようにする。
【0037】
図2の実施の形態では、DAST201、202の結晶は、a軸が基板10と平行になるように、結晶軸の方向を設定しており、電界も基板と平行になるようにしている。また、両アーム部でのDAST201、202のa軸方向が同一方向であるため、制御電極204、205を接地し、制御電極203に信号用電源207によりマイクロ波電圧を印加すると、DAST201、202に(図2(a)の上下方向において)互いに逆向きの電界が作用する。
【0038】
図示されない光源(半導体レーザ)からの光は光導波路200に入射すると、Y字分岐部で、各アーム部に等分に分かれて導波する。各アーム部でDAST201、202を導波される間に上記マイクロ電磁波が作用すると、DAST201、202において電気光学効果により屈折率が変化するが、作用する電場の向きがDAST201と202とで逆向きであるため、DAST201、202を導波する光の位相速度が一方は大きく、他方は小さくなり、DAST201、202を導波される光に位相差が生じる。
【0039】
DAST201、202の部分で位相変化させられた光が、Y字合流して合波すると、互いに干渉を生じて光強度に強弱を生じる。この光強度の強弱は、制御電極203に印加された信号電圧の変化に対応するものであり、光導波路から射出する出力光は「信号電圧に従って光強度を変調された信号光」となる。
【0040】
電極203〜205を「進行波型電極」とすることで、容量の影響をなくし、非常に高速な光変調に対応できる。
【0041】
上記の如く変調されて射出部から射出する信号光の光強度と、制御電極に印加される電圧との間には「図3に実線で示すような関係(このような関係は、マッハツェンダ型の光変調器に共通したものである)」があり、初期動作点は、信号光の最大光出力を与える電圧(図では0V)と、最小光出力を与える電圧:Vπとの中間の電圧:Vπ / 2に設定することが好ましい。このために、制御電極203には、動作点設定用の直流バイアス電圧(上記電圧:Vπ / 2)が印加される。
【0042】
しかし、この直流バイアス電圧の印加によって、動作点のDCドリフトが生じる。また、DASTの温度変化による影響による温度ドリフトも生じる。
【0043】
一方、DAST201、203により位相変調された各導波光が合波される部分では光導波路からクラッド部へ漏れ出す放射光300が生じて、これが下部クラッド層20内を伝搬する。このように生じる放射光300の光強度は、図3に破線で示すように「信号光の光強度と相補的な関係」にある。即ち、信号光の光強度が最大のときには放射光の光強度は最小であり、信号光の光強度が最小のときには放射光の光強度は最大である。
【0044】
したがって、放射光300の一部をモニタすることにより、温度ドリフトやDCドリフトによる動作点のずれを制御回路40で検出し、信号用電源207にフィードバックし、直流バイアス電圧を調整することにより常に適切な動作点を保持することができる。
【0045】
この実施の形態においては、図2(b)に示すように、下部クラッド20内を伝搬する放射光300を、下部クラッド20に設けた反射ミラー60により、上部クラッド30の側へ光路転換して、上部クラッド30上に設けたモニタ用光検出器50で検出している。
【0046】
即ち、図2に実施の形態を示す光変調器は、マッハツェンダ型の有機導波路型光変調器であって、導波光の位相を変調するための電場を発生させる電極203〜205に、光変調の動作点を設定するために印加される直流バイアス電圧を制御する制御回路40と、位相変調された導波光が合波される合波部で発生する放射光300を、クラッド部20を介して検出するモニタ用光検出器50を有し、モニタ用光検出器50が検出する放射光の強度に応じて、制御回路40により直流バイアス電圧を制御して光変調の動作点を調整するように構成され、光導波路内に、電場により導波光の位相を変調する電気光学効果媒体としてDASTの結晶201、202の結晶を、導波方向がb軸となるようにしてコア層として持つモニタ付有機導波路型光変調器(請求項1)である。
【0047】
また、位相変調された導波光が合波される合波部で発生する放射光300の向きを変換させる反射ミラー60を、放射光300が伝搬するクラッド部20に有し(請求項2)、この反射ミラー60は、放射光300の向きを、光導波路の形成されている基板面10に交叉する方向(上方)へ変換させる(請求項3)。
【0048】
【実施例】
以下に、図2の実施の形態に関する具体的な例を挙げる。
基板10として「ポリイミド基板」を用い、この基板10上に光導波路のクラッドとなる下部クラッド20を、ポリイミド樹脂のスピンコートで形成する。
さらに、マッハツェンダ型の光導波路200に対応するパターンマスクを用い、フォトリソグラフィと、酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングで「光導波路パターンに従うコア溝」を形成する。
【0049】
このコア溝部に、コアとなる「屈折率の大きなポリイミド樹脂」を充填し、低損失な光導波路200を形成する。次いで、「DAST201、202を選択的に形成する部分」だけに再度、リソグラフィーとエッチングを行ってコア溝を形成する。
【0050】
このように再度形成された溝部に「メタノールを溶媒に用いた徐冷法」によりDASTを結晶成長させる。このとき、種結晶を用いて「光導波路方向がb軸となる」ようにする。このようにして、b軸と略直交する方向がa軸となるようにコア溝を埋め込んだ形態でDAST単結晶を形成できる。
【0051】
DAST結晶を成長させると、DASTが「コア溝以外にも成長」するので、発泡ウレタンパッド:IC−1000/SUBAIV(商品名 ロデール製)とシリカの研磨粒子を用いて研磨を行い、コア溝以外の不要DASTを除去し、所望のコア溝にのみDASTを残す。
【0052】
上記「種結晶を用いる徐冷法によるDAST結晶の形成」以外に、Appl.Phys.Lett.Vol.74(1999)635に記載された「改良シェア法」やMOVPE(Organic Vapor Phase Deposition)法によってDAST結晶を形成することもできる。
【0053】
このようにマッハツェンダ型の光導波路200を形成した上層に、下部クラッド20の材料と同じポリイミド樹脂をスピンコートして厚さ:2μmの上部クラッド30とし、入力光及び信号光を導く光導波路部分と、電圧印加によって電気光学効果を発生させるDAST201、202による光導波路部分を形成する。
【0054】
次いで、ダイシングソーを用いて、基板10の裏面に、基板面に対して45度の傾き角を持つV字溝を形成して反射ミラー60とする。マッハツェンダ光導波路の合波点から放射される放射光300は、スネルの法則に従い、ポリイミド樹脂(下部クラッド20)と空気との界面で全反射され、上部クラッド30の上面から射出し、モニタ用光検出器50により検出される。
【0055】
反射ミラー60による「放射光の光路変換」は波長依存性が小さく、設計が容易である。
上部クラッド30上に、制御用電極203〜205として「コプレーナ線路型金電極」をスパッタ法で形成し、終端に50Ωの終端抵抗206を取付けて進行波型電極とする。さらに、上部クラッド30の上面から射出する放射光300をモニタするモニタ用光検出器50として「ホトデテクタ」を上部クラッド30上に実装する。
【0056】
このようにして得られた構造体における、放射光300の光出力をモニタ用光検出器50で検出し、検出出力を制御回路40に取り込み、光出力が変動した場合に所望の光出力が得られるように直流バイアス電圧を制御する。
【0057】
波長:1.3μmのレーザ光を入射させつつ、同軸ケーブルを介して制御電極203〜205間に変調信号を入力したところ、略1.5Vの「低い駆動電圧」で、超高速の光強度変調を実効できた。
【0058】
光導波路を含む構造体に低コストな有機材料を用いており、低温プロセスで形成できるため、低コストなモニタ付有機導波路型光変調器を実現できる。さらに、信号光を分岐することなく放射光300をモニタするので、信号光の強度低下を生じることがなく、光変調の動作点をフィードバック制御して、温度ドリフトやDCドリフトの影響を受けない安定した光変調を実現できる。
【0059】
上の例では、マッハツェンダ型の光導波路のパターニング方法として、フォトリソグラフィとエッチングによる半導体微細加工を用いたが、インプリンティングや、スタンパなどの型成形による形成でもよく、DAST部以外のコア部やクラッド部を感光性樹脂で形成してもよい。
【0060】
また、基板10としては、SiO2やSi、GaAsなどの無機材料、マイラー等の有機材料、プリント板に用いられているガラスエポキシなどのハイブリッド材料の基板を用いることもできる。
【0061】
また、光導波路における「DAST以外のコア部」は、上記のポリイミド樹脂に限らず、エポキシ樹脂、PMMA、アクリル酸エステル系樹脂、シリコン樹脂、シアヌレート樹脂などの各種樹脂や、SiO2やSi、SiNどの無機膜を用いて構成してもよいし、「周期的な微細構造を形成したフォトニック結晶」を用いた構成としてもよい。
【0062】
また、反射ミラー60を形成する方法としては、上記「ダイシングソーを用いてV字溝形成する方法」以外にも、スタンパなどによる加工や濃淡マスクを用いたフォトリソグラフィとエッチング、レーザアブレーション等による形成方法も可能である。反射ミラー60の表面に、AuやAg、Alなどの金属膜を形成して反射率を向上させてもよい。
【0063】
【発明の実施の形態】
図4は、請求項10記載の光変調装置の実施の1形態を示している。
この光変調装置は、モニタ付有機導波路型光変調器を2個、同一基板上に集積したものである。集積されている2個のモニタ付有機導波路型光変調器は、請求項4記載のものである。
【0064】
繁雑をさけるため、混同の虞がないと思われるものについては、図2におけると同一の符号を付する。また、集積されている2個のモニタ付有機導波路型光変調器は「同じもの」であるので、これらの同一部分には「同一の数字とA、Bの組合せによる符号」を付し、符号中のA、Bで各光変調器を区別する。これら2つのモニタ付有機導波路型光変調器は同じ構成で、同じ作用をするので、一方の光変調器について、構成・作用を説明する。
【0065】
図4において、符号2は、図2(b)に即して説明したような、同一の基板に下部クラッドと上部クラッドとを積層した構造体を示す。各光導波路は下部クラッドに形成されている。
【0066】
光導波路200Aは、入射側(図の左方)から射出側(図の右方)へ向って形成され、途中でY字分岐して2路に分かれ、分かれた各部分が構成するアーム部は下流側でY字合流して射出部へ向う。上記各アーム部には「電気光学効果」を有するDAST201A、202Aが配置され、残りの(電気光学効果を必要としない)光導波路部分は「公知の樹脂光導波路」で形成されている。
【0067】
上部クラッドの上面に図示の如く形成された制御用電極203A、204A、205Aは「進行波型電極」で、制御電極204A、205Aが接地電位とされ、制御電極203Aは50Ωの終端抵抗206Aを介して接地される。
【0068】
信号用電源207Aにより、制御電極203に高周波の信号電圧(マイクロ波電圧)を印加すると、各DAST201A、202Aにマイクロ電磁波が作用し、図2の光変調器と同様の作用で「信号光」が得られる。
【0069】
光導波路200Bについても光導波路200Aと同様であり、光導波路200Bの側については「制御回路、信号用電源、終端抵抗」の図示を省略している。
【0070】
2つのモニタ付有機導波路型光変調器と、図2に示すものとの差異は、以下の点にある。
即ち、図4の実施の形態においては、各モニタ付有機導波路型光変調器の光導波路200A、200Bにおいて、DAST201A(201B)、202A(202B)の部分で位相変調された導波光は、合波されて信号光となり、信号光導波路211A(211B)を導波して射出するが、「信号光の一部」がモニタ光として分岐導波路212A(212B)へ分岐される。
【0071】
このように分岐されたモニタ光は、分岐導波路212A(212B)の端部に形成された反射ミラー60A、60B(これらは、図2に示した反射ミラー60と同様のものである。)により反射され、上部クラッド表面側へ射出してモニタ用光検出器50A(50B)により検出され、制御回路によりモニタされる。
【0072】
図2の実施の形態におけるように「放射光300をモニタする場合」に比べると、図4の実施の形態では、信号光の一部を直接にモニタするため、放射光をモニタする場合よりも「より正確なモニタリング」が可能である。
【0073】
図4の実施の形態では「信号光の一部をモニタ光として分岐するモニタ光分岐手段」を「非対称2分岐導波路」としており、信号光と「分岐されたモニタ光」との強度比を、信号光用光導波路211A(211B)と分岐導波路212A(212B)との分岐角度で調整できるため、モニタリングに必要な光量だけ分岐すればよく、使用光波長帯域も比較的広い。
【0074】
モニタ光のモニタリングにより、制御回路部において温度ドリフトやDCドリフトなどによる動作点のずれを検出し、信号用電源207A(207B)にフィードバックして常に適切な動作点を保持することができる。
【0075】
光導波路200A、200B、DAST201A(201B)、202A(202B)、制御電極203A〜205A(203B〜205B)、反射ミラー60A(60B)等は、図2の実施の形態に関する上記実施例と同様にして形成でき、モニタ用光検出器50A(50B)も、上記実施例と同様のものを同様の方法で実装できる。
【0076】
各部の材料も、前記実施例に記載した各種材料の使用が可能であり、反射ミラーの形成方法や、反射面に金属膜を形成して反射率を向上させてよいことも、前記実施例の場合と同様である。
【0077】
図4に実施の形態を示す光変調装置の各光変調器を、図2の実施の形態に関する実施例と同様の材料・工法で実際に作製したものに、波長:1.3μmのレーザ光を入射しながら、同軸ケーブルを介して制御電極に変調信号を入力したところ、略1.5Vという低い駆動電圧で超高速の光強度変調を実現できた。
【0078】
また、モニタリングを行うモニタ光を、上部クラッドの上面から取出すので、モニタ用光検出器を、光導波路や「他の光変調器のモニタ用光検出器」と干渉しないように配置でき、複数の光変調器の集積化が可能となっている。
【0079】
図5は、図4に示した実施の形態の変形例である。煩雑を避けるため、図4におけると同一の部分に関しては、図4におけると同一の符号を付し、これらの部分については図4に関する説明を援用する。
【0080】
この実施の形態においては、信号光の一部をモニタ光として分岐するモニタ光分岐手段として「方向性結合器」である分岐導波路(DASTを設ける部分以外の他の光導波路部分と同時に形成された樹脂光導波路である)213A(213B)が用いられる。
【0081】
また、分岐導波路213A(213B)を導波するモニタ光は、グレーティングカプラ61A(61B)により、上部クラッド表面側へ射出され、上部クラッド上に実装されたモニタ用光検出器50A(50B)で検出される。
【0082】
モニタ光のモニタリングにより、制御回路において温度ドリフトやDCドリフトなどによる動作点のずれを検出し、信号用電源にフィードバックして常に適切な動作点を保持することができる。
【0083】
グレーティングカプラには、屈折率変調型やレリーフ型グレーティングがあり、集光機能を持たせた湾曲型のグレーティングを形成することもできる。グレーティングのパターニングは、マスクを用いたフォトリソグラフィとエッチングにより、樹脂光導波路(分岐導波路)の表面をパターニングする。このとき、斜め入射イオンビームを用いることにより、ブレーズ化した高効率のグレーティングカプラを形成することもできる。コヒーレントな二つの光波を干渉させて露光を行う2光束干渉法や、電子ビームを用いてパターンを形成する電子ビーム描画法などもグレーティングのパターニング法として用いることができる。
【0084】
光導波路200A、200B、DAST201A(201B)、202A(202B)、制御電極203A〜205A(203B〜205B)、反射ミラー60A(60B)等は、図2の実施の形態に関する前記実施例と同様にして形成でき、モニタ用光検出器50A(50B)も、前記実施例と同様のものを同様の方法で実装できる。
【0085】
各部の材料も、前記実施例に記載した各種材料の使用が可能で、反射ミラーの形成方法や、反射面に金属膜を形成して反射率を向上させてよいことも前記実施例の場合と同様である。
【0086】
図6は、図4に示した実施の形態の別変形例である。煩雑を避けるため、図4におけると同一の部分に関しては、図4におけると同一の符号を付し、これらの部分については図4に関する説明を援用する。
【0087】
この実施の形態においては、信号光の一部をモニタ光として分岐する、モニタ光分岐手段として「2入力2出力のマルチモード干渉型の光導波路」が用いられている。
【0088】
DAST201A(201B)、202A(202B)で位相変調された光は合波部に形成された2入力2出力のマルチモード干渉器光導波路215A(215B)により、強度比1:1で分岐され、一方は信号光として信号光用光導波路211A(211B)を導波されて射出する。
【0089】
分岐された他方はモニタ光として、分岐導波路216A(216B)を導波し、反射ミラー60A(60B)により反射されて上部クラッド表面へ射出し、同表面上に実装されたモニタ用光検出器50A、50Bにより検出される。
【0090】
この場合も、放射光をモニタする場合に比べて、信号光を直接モニタするため「より正確なモニタリング」が可能となる。2入力2出力のマルチモード干渉器光導波路215A(215B)においては、予め、動作点を「位相:π/2位相だけずらすように制御する」ことも可能であり、図5の実施の形態で用いられている「方向性結合器」に比べ、作製トレランスが緩く、図4の実施の形態で用いられている「分岐導波路」と同様に波長依存性が小さい。
【0091】
モニタ光をモニタリングしつつ、制御回路において温度ドリフトやDCドリフトなどによる動作点のずれを検出し、入力信号にフィードバックして常に適切な動作点を保持することができる。
【0092】
2入力2出力のマルチモード干渉器光導波路215A(215B)、モニタ光用の分岐導波路216A(218B)は「DASTを設ける部分以外の他の光導波路部分」と同時に、樹脂光導波路として形成される。
【0093】
光導波路200A、200B、DAST201A(201B)、202A(202B)、制御電極203A〜205A(203B〜205B)、反射ミラー60A(60B)等は、図2の実施の形態に関する前記実施例と同様にして形成でき、モニタ用光検出器50A(50B)も前記実施例と同様のものを同様の方法で実装できる。
【0094】
各部の材料も、前記実施例に記載した各種材料を使用でき、反射ミラーの形成方法や、反射面に金属膜を形成して反射率を向上させてよいことも前記実施例の場合と同様である。
【0095】
図4〜図6の実施の形態に示す光変調装置において、同一の基板に集積されている各「モニタ付有機導波路型光変調器」は、マッハツェンダ型の有機導波路型光変調器であって、導波光の位相を変調するための電場を発生させる電極201A〜203A(201B〜203B)に、光変調の動作点を設定するために印加される直流バイアス電圧を制御する制御回路40Aと、位相変調されて合波された信号光の一部をモニタ光として検出するモニタ用光検出器50A(50B)と、信号光の一部をモニタ光として分岐するモニタ光分岐手段212A(212B)、213A(213B)、215A(215B)、216A(216B)と、このモニタ光分岐手段により分岐されたモニタ光の向きを、光導波路の形成されている基板面に交叉する方向へ変換させる光路変換手段60A(60B)、61A(61B)とを有し、モニタ用光検出器50A(50B)が検出する放射光の強度に応じて、制御回路40Aにより直流バイアス電圧を制御して、光変調の動作点を調整するように構成され、光導波路200A(200B)内に、電場により導波光の位相を変調する電気光学効果媒体201A(201B)、202A(202B)として、DASTの結晶を、導波方向がb軸となるようにしてコア層として持つものである(請求項4)。
【0096】
「光路変換手段」は、図4、図6の実施の形態においては、反射ミラー60A(60B)であり(請求項5)、図5の実施の形態においてはグレーティングカプラ61A(61B)である(請求項6)。
【0097】
「信号光からモニタ光を分岐するモニタ光分岐手段」は、図4の実施の形態では分岐導波路212A(212B)であり(請求項7)、図5の実施の形態では方向性結合器213A(213B)であり(請求項8)、図6の実施の形態では2入力2出力のマルチモード干渉型の光導波路215A(215B)である(請求項9)。
【0098】
従って、図4〜図6に実施の形態を示した光変調装置は、請求項4〜9のいずれかに記載のモニタ付有機導波路型光変調器を2以上、同一基板上に集積したものである(請求項10)。
【0099】
図7は、光集積回路の実施の1形態を示す図である。
この光集積回路は、プリント基板400上に配置された複数のIC410、420間の光配線を実現したものである。プリント基板400は、ガラスもしくはセラミック、あるいは樹脂フィルム等で構成される。「光配線」は速い信号線に用いられ、遅い信号線は電気配線である。発光素子431、432への電源供給やアレイ配列された各光変調器440i等への制御電極への配線など、プリント基板400上には電気配線と光配線が混在している。
【0100】
光出力部(発光素子と光変調器アレイで構成される)における光変調器アレイの各光変調器として、図4に示したタイプの「モニタ付有機導波路型光変調器」を用いている。即ち、光変調器アレイは、図5に示すモニタ付有機導波路型光変調器を複数個、同一基板であるプリント基板400に形成配列した光変調装置である。
【0101】
この発明のモニタ付有機導波路型光変調器は、低温での形成が可能であるので、電気配線を形成されたプリント基板400にモノリシックに形成できる。
【0102】
予め電気配線を形成したプリント基板400上に、ポリイミド樹脂を用いて、前述の実施例と同様にして各光導波路を形成し、メタノールからの徐冷法とそれに引き続いた研磨によってDASTをアーム部のみに形成する。モニタ光を分岐するための分岐導波路は、各光導波路の溝を形成するとき同時に溝形成し、樹脂をDAST形成部位外の部分と同じ樹脂を充填される。
【0103】
モニタ光をモニタ用光検出器に向けて反射する反射ミラーは、プリント基板400の裏面の側から45度の傾斜角のV字溝として形成した。また、各制御電極はAU蒸着により形成し、光変調器アレイをモノリシックに形成した。モニタ光を検出するための光検出器は、光出力及び光入力のための発光素子や受光素子とともにハイブリッドに実装した。
【0104】
即ち、電気配線上にあるポリイミドを除去し、フリップチップ実装を行い、光集積回路を形成する。モニタ用光検出器からの出力を制御回路に取り込み、光出力の変動した場合、所望の光出力が得られるように、各光変調器のDCバイアスを制御する。
【0105】
ハイブリッド実装された発光素子431、432から出た光は、分岐して光導波路を通して各光変調器に導かれる。ここで、IC410、420の複数の出力端子からでた電気信号は、図示されないデマルチプレクサによってデータの統合が行われ、光変調器アレイを構成する4つのモニタ付有機導波路型光変調器440i等(i=1〜4)に振り分けられ、図示されない光変調器ドライバにより出力電気信号にしたがって変調され、光導波路460を通じて受光素子アレイ471、472に導かれ、場合によってはアンプを通して、図示されないマルチプレクサに導かれ、再度元のビットに変換されて他のICに伝送される。
この実施の形態では、入出力装置が光出力・光入力の二つを備えて、双方向の光伝送を可能にし、好ましい例ではあるが、この発明の光集積回路はこのような構成に限定されるものではなく、DASTを選択的に配置した光変調器を含む光出力部をもつ構成があれば、光入力部が同一基板上になくてもかまわないし、逆にその他の光学構成要素があっても何ら問題はない。
【0106】
図7の実施の形態では、有機光変調器は非常に高速変調が可能であるため、マルチプレクサ、デマルチプレクサを用いて電気信号の処理を行い、光変調器の高速性を利用して、伝送路の帯域を有効に活用しているが、ICの各出力端に各光変調器を対応させて光変調を行ってもかまわない。
このように有機結晶:DASTを用いたモニタ付有機導波路型光変調器を用いることにより、温度ドリフトや変調信号のDCドリフト等による動作点の変動を除去し、低電圧駆動を可能とした低コストで安定した光集積回路を実現できる。
【0107】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、モニタ付有機導波路型光変調器および光変調装置および光集積回路を実現できる。
この発明のモニタ付有機導波路型光変調器は、DASTをマッハツェンダ型の光導波路型光変調器に用いることにより、高速光変調を低電圧駆動で実現でき、モニタにより放射光や信号光の一部を検出し、検出結果に基づき直流バイアス電圧を調整することにより、温度ドリフトやDCドリフトの影響を確実に除去することができ、且つ、低温プロセスで各部を構成・集積できるので低コストで実現できる。従って、この発明のモニタ付有機導波路型光変調器を複数個、同一基板上に集積した光変調装置や、さらに電気素子を集積した光集積回路は、低コストで実現でき、信頼性が高く、低電圧での高速の信号授受が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】DASTの分子構造を示す図である。
【図2】モニタ付有機導波路型光変調器の実施の1形態を説明するための図である。
【図3】信号光の光出力と放射光の光強度を説明するための図である。
【図4】モニタ付有機導波路型光変調器を2個有する光変調装置の実施の1形態を説明するための図である。
【図5】モニタ付有機導波路型光変調器を2個有する光変調装置の実施の別形態を説明するための図である。
【図6】モニタ付有機導波路型光変調器を2個有する光変調装置の実施の他の形態を説明するための図である。
【図7】光集積回路の実施の1形態を説明するための図である。
【符号の説明】
200 マッハツェンダ型の光導波路
201、202 DAST
203、204、205 制御電極
207 信号用電源
50 モニタ用光検出器
60 反射ミラー[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an organic waveguide type optical modulator with a monitor, an optical modulator, and an optical integrated circuit.
[0002]
[Prior art]
With the development of large-capacity and high-speed optical communication, "information transmission using light" has been proposed not only for trunk networks but also for LANs, network terminals, electronic devices, boards, and between LSI chips. ing.
In the “optical interconnection” in which electronic devices, boards, and LSI chips are connected by light, the power supply voltage of the mounted LSI chips has been reduced and the optical interconnects have been designed to prevent noise from being applied to the LSI chips. Devices used for connection are required to lower the power supply voltage.
[0003]
As one of the devices used for optical interconnection, there is an “optical modulator that modulates the intensity of light according to an electric signal and uses it as a signal light”, but in combination with the demand for low power consumption of the entire system, There is a strong demand for lowering the driving voltage.
[0004]
As one of the optical modulators, a “Mach-Zehnder type optical modulator” is known.
[0005]
Conventionally, as this type of optical modulator, LiNbO which is an inorganic ferroelectric crystal is used.3(Hereinafter, LN crystal is abbreviated as LN crystal). However, since the dielectric constant of LN crystal is as large as about 28, the modulation band is limited. It is necessary to reduce the length of the electrode to reduce the interaction length between the signal microwave and the light wave, and if this is done, the driving voltage for modulation will increase. Is difficult to achieve.
[0006]
In a Mach-Zehnder type optical modulator currently using an LN crystal, a driving voltage: 5 V and a modulation frequency: 10 Gps are generally used, and the driving voltage is two to three times the power supply voltage of the LSI chip. Size.
[0007]
An optical modulator using an LN crystal is generally a discrete device and a “high-cost device”. That is, processing of an inorganic material such as LN is a high-temperature process, and the configuration of an optical integrated circuit in which electric wiring and an optical waveguide are incorporated is different from hybrid mounting, and alignment is complicated and cost is likely to be high.
[0008]
On the other hand, organic materials have a smaller dielectric constant than inorganic materials, are easily thinned, and have large electro-optic constants. Is expected to be realized. However, "organic polymer materials" have a low glass transition point, and polarization is relaxed by temperature and changes over time, so when used in an optical modulator, how to ensure reliability as an optical modulator Is a problem.
[0009]
Mach-Zehnder type optical modulators are also known to have problems called “DC drift” and “temperature drift”.
In a Mach-Zehnder type optical modulator, a DC bias voltage is applied to set an “operating point” which is a reference of a modulated optical output. Then, a high-frequency signal voltage is applied to the “traveling wave control electrode” so as to be superimposed on the DC bias voltage.
“DC drift” is a phenomenon in which the operating point fluctuates with time due to the application of the DC bias voltage.
The “temperature drift” is a phenomenon in which an operating point fluctuates with time due to a temperature change in a portion of an optical modulator where an electric field is applied.
When a DC drift or a temperature drift occurs, distortion of a modulation waveform or deterioration of an extinction ratio occurs.
[0010]
As a method to cope with these DC drift and temperature drift, a part of the signal light or “radiation light radiated from the multiplexing point of the Mach-Zehnder type optical waveguide” is guided to a photodetector by an optical fiber and monitored. There has been proposed a method of adjusting the magnitude of a DC bias voltage so as to compensate for an optical output changed by a DC drift or a temperature drift (see Patent Documents 1 to 3).
[0011]
However, these methods relate to “a conventional discrete optical modulator in which signal light propagates through an optical fiber”, and an organic conductive circuit that can integrate a plurality of optical modulators or form a monolithic optical integrated circuit. Even when applied to a waveguide optical modulator, there are cases where monitor light cannot be extracted or a photodetector cannot be provided.
[0012]
[Patent Document 1]
Patent No. 2738078
[Patent Document 2]
JP-A-5-100194
[Patent Document 3]
JP 2001-209018 A
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention relates to a Mach-Zehnder organic waveguide type optical modulator with a monitor that can reliably detect monitor light and effectively eliminate the problems of temperature drift and DC drift in an organic waveguide type optical modulator that can be integrated. Another object of the present invention is to realize an optical modulator in which two or more of these are integrated, and an optical integrated circuit using them.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The organic waveguide type optical modulator with monitor according to the present invention is a “Mach-Zehnder type organic waveguide type optical modulator”.
[0015]
An organic waveguide type optical modulator with a monitor according to a first aspect has a control circuit and a photodetector for monitoring.
The “control circuit” controls a “DC bias voltage for setting an operating point of light modulation” applied to a control electrode that generates an electric field for modulating the phase of guided light.
[0016]
The “monitoring photodetector” detects, via the clad portion, radiation light generated at the multiplexing portion where the phase-modulated guided light is multiplexed.
[0017]
The control circuit controls the DC bias voltage in accordance with the intensity of the emitted light detected by the monitoring photodetector to adjust the operating point of the light modulation.
[0018]
In the optical waveguide, a crystal of DAST (4-N, N-dimethylamino-4′-N-methylstilbazolium tosylate) is used as an electro-optic effect medium that modulates the phase of guided light by an electric field. Are arranged as a core layer such that the axis becomes the b-axis.
[0019]
In the organic waveguide optical modulator with a monitor according to the first aspect, the radiated light propagates through a reflection mirror that changes the direction of “radiated light generated at a multiplexing unit where the phase-modulated guided light is multiplexed”. The reflecting mirror may be provided in the clad portion (claim 2), and the reflecting mirror may be configured to "convert the direction of the radiated light to a direction crossing the substrate surface on which the optical waveguide is formed" (claim 3).
[0020]
The "organic waveguide type optical modulator with monitor" according to claim 4 has a control circuit, a monitor photodetector, a monitor light branching unit, and an optical path conversion unit.
The “control circuit” controls a “DC bias voltage for setting an operating point of light modulation” applied to a control electrode that generates an electric field for modulating the phase of guided light.
The "monitoring photodetector" detects a part of the phase-modulated and multiplexed signal light as monitor light.
[0021]
The “monitor light branching unit” branches a part of the signal light as monitor light.
The "optical path conversion means" is means for converting the direction of the monitor light branched by the monitor light branching means into a direction crossing the substrate surface on which the optical waveguide is formed.
The control circuit controls the DC bias voltage in accordance with the intensity of the emitted light detected by the monitoring photodetector to adjust the operating point of the light modulation.
[0022]
In the optical waveguide, a DAST crystal as an electro-optic effect medium for modulating the phase of guided light by an electric field is provided as a core layer such that the waveguide direction is the b-axis.
[0023]
The "optical path conversion means" in the organic waveguide type optical modulator with monitor according to claim 4 may be a "reflection mirror" (claim 5) or a "grating coupler" (claim). 6).
[0024]
The "monitor light branching means for branching monitor light from signal light" in the organic waveguide type optical modulator with monitor according to claim 4 or 5 or 6 may be a "branch waveguide". , A "directional coupler" (claim 8), and a "two-input, two-output multi-mode interference optical waveguide" (claim 9).
[0025]
An optical modulator according to the present invention is characterized in that two or more organic waveguide optical modulators with a monitor according to any one of the first to ninth aspects are integrated on the same substrate. Claim 10).
[0026]
An optical integrated circuit according to the present invention has at least one organic waveguide type optical modulator with monitor according to any one of claims 1 to 9 on the same substrate, and has an output terminal of an electronic device and an organic waveguide with monitor. By electrically connecting the control electrode of the waveguide type optical modulator, light from the light emitting element is output as one or more modulated lights corresponding to an electric signal from an output terminal, and the output modulated light is optically transmitted. This is configured to be transmitted by a unit (claim 11).
[0027]
The above-mentioned “DAST” is an “organic crystal” having the structural formula shown in FIG. 1, and since it is an organic crystal, “polarization treatment required for an organic polymer” is not required. There is no. Further, it has an extremely large nonlinear optical constant (d11 = 1010 pm / V (λ = 1.3 μm)) and an electro-optical constant (r11 = 75 pm / V (λ = 820 nm)), and has a low dielectric constant (ε1) unique to an organic crystal. = 5.2).
[0028]
The present invention has been made by paying attention to the fact that the above-mentioned characteristics of DAST are extremely suitable for a Mach-Zehnder type optical waveguide type optical modulator, and by using this, high-speed modulation with low voltage driving can be realized. is there. As far as the inventor knows, an optical waveguide type optical modulator using DAST is not known.
[0029]
Since DAST is an organic crystal, it has a larger coefficient of thermal expansion than inorganic materials and is more susceptible to temperature, so that temperature drift is likely to occur. However, the optical modulator of the present invention "detects a part of the radiated light or the signal light by the monitoring photodetector and adjusts the DC bias voltage based on the detection result". Can be reliably removed.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments will be described.
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing an embodiment of the organic waveguide type optical modulator with a monitor according to claims 1 to 3, wherein FIG. 2A is a top view, and FIG. 2B is a monitor portion including a reflection mirror. FIG.
[0031]
The organic waveguide type optical modulator with a monitor is a Mach-Zehnder type optical modulator, which optically modulates incident light incident from the left side in (a) and emits it as signal light from the right side of the optical modulator.
[0032]
The organic waveguide type optical modulator with monitor has a structure in which a lower clad 20 and an upper clad 30 are laminated on a
[0033]
As shown in FIG. 2A, the
[0034]
As shown in FIG. 2A,
[0035]
When a high-frequency signal voltage (microwave voltage) is applied to the
[0036]
In
[0037]
In the embodiment of FIG. 2, the crystal axes of
[0038]
When a light from a light source (semiconductor laser) (not shown) enters the
[0039]
When the lights whose phases have been changed in the
[0040]
By using the
[0041]
The relationship between the light intensity of the signal light modulated as described above and emitted from the emission unit and the voltage applied to the control electrode is represented by a relationship shown by a solid line in FIG. 3 (this relationship is a Mach-Zehnder type). The initial operating point is a voltage that gives the maximum optical output of the signal light (0 V in the figure) and a voltage that gives the minimum optical output: VπVoltage in between: Vπ / 2It is preferable to set For this reason, a DC bias voltage (the above-mentioned voltage: Vπ / 2) Is applied.
[0042]
However, the application of the DC bias voltage causes a DC drift of the operating point. In addition, a temperature drift occurs due to the influence of the DAST temperature change.
[0043]
On the other hand, at a portion where the guided lights phase-modulated by the
[0044]
Therefore, by monitoring a part of the emitted
[0045]
In this embodiment, as shown in FIG. 2B, the
[0046]
That is, the optical modulator whose embodiment is shown in FIG. 2 is a Mach-Zehnder type organic waveguide type optical modulator, in which the
[0047]
The clad
[0048]
【Example】
Hereinafter, a specific example of the embodiment of FIG. 2 will be described.
A “polyimide substrate” is used as the
Further, using a pattern mask corresponding to the Mach-Zehnder
[0049]
The core groove is filled with “polyimide resin having a large refractive index” serving as a core to form the low-loss
[0050]
The DAST crystal is grown in the groove thus formed again by the "slow cooling method using methanol as a solvent". At this time, a “crystal waveguide direction is set to the b-axis” using a seed crystal. In this way, a DAST single crystal can be formed in a form in which the core groove is buried such that the direction substantially perpendicular to the b-axis becomes the a-axis.
[0051]
When the DAST crystal is grown, the DAST “grows other than the core groove”. Therefore, the polishing is performed using a foamed urethane pad: IC-1000 / SUBAIV (trade name: Rodale) and abrasive particles of silica, and the other than the core groove. Of unnecessary DAST is removed, and DAST is left only in a desired core groove.
[0052]
In addition to the above “Formation of DAST crystal by slow cooling method using seed crystal”, Appl. Phys. Lett. Vol. 74 (1999) 635, and a DAST crystal can be formed by an MOVPE (Organic Vapor Phase Deposition) method.
[0053]
The upper layer on which the Mach-Zehnder type
[0054]
Next, a V-shaped groove having an inclination angle of 45 degrees with respect to the substrate surface is formed on the back surface of the
[0055]
The “optical path conversion of radiation light” by the
A “coplanar line type gold electrode” is formed on the upper clad 30 as the
[0056]
The optical output of the emitted light 300 in the structure obtained in this manner is detected by the monitoring
[0057]
When a modulation signal was input between the
[0058]
Since a low-cost organic material is used for the structure including the optical waveguide and can be formed by a low-temperature process, a low-cost organic waveguide type optical modulator with monitor can be realized. Further, since the emitted
[0059]
In the above example, the semiconductor microfabrication by photolithography and etching was used as a patterning method of the Mach-Zehnder type optical waveguide, but it may be formed by imprinting or die molding such as a stamper. The part may be formed of a photosensitive resin.
[0060]
The
[0061]
Further, the “core portion other than DAST” in the optical waveguide is not limited to the above-described polyimide resin, but various resins such as epoxy resin, PMMA, acrylate-based resin, silicon resin, cyanurate resin, and
[0062]
As a method for forming the
[0063]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 4 shows an embodiment of the optical modulator according to the tenth aspect.
This optical modulator is obtained by integrating two organic waveguide type optical modulators with a monitor on the same substrate. The integrated two organic waveguide type optical modulators with monitor are as described in claim 4.
[0064]
In order to avoid complication, the same reference numerals as those in FIG. Further, since the two integrated organic waveguide type optical modulators with monitor are "the same", these same parts are denoted by "the same numeral and a code by a combination of A and B". Each optical modulator is distinguished by A and B in the code. Since these two organic waveguide type optical modulators with monitor have the same configuration and the same function, the configuration and function of one optical modulator will be described.
[0065]
In FIG. 4,
[0066]
The
[0067]
The
[0068]
When a high-frequency signal voltage (microwave voltage) is applied to the
[0069]
The
[0070]
The difference between the two organic waveguide type optical modulators with monitor and that shown in FIG. 2 is as follows.
That is, in the embodiment shown in FIG. 4, in the
[0071]
The monitor light branched in this manner is reflected by the reflection mirrors 60A and 60B (these are the same as the
[0072]
Compared to the case of monitoring the emitted light 300 as in the embodiment of FIG. 2, the embodiment of FIG. 4 directly monitors a part of the signal light, so that the embodiment of FIG. "More accurate monitoring" is possible.
[0073]
In the embodiment of FIG. 4, the “monitor light branching unit that branches a part of the signal light as the monitor light” is an “asymmetric two-branch waveguide”, and the intensity ratio between the signal light and the “branched monitor light” is determined. Since it can be adjusted by the branch angle between the optical waveguide for
[0074]
By monitoring the monitor light, it is possible to detect a shift in the operating point due to a temperature drift, a DC drift, or the like in the control circuit unit, and feed back to the
[0075]
The
[0076]
As for the material of each part, it is possible to use various materials described in the above-described embodiment, and it is also possible to improve the reflectance by forming a reflection mirror and forming a metal film on the reflection surface. Same as in the case.
[0077]
Each of the optical modulators of the optical modulator shown in FIG. 4 according to the embodiment is actually manufactured by using the same material and method as in the example of the embodiment in FIG. When a modulation signal was input to the control electrode via the coaxial cable while the light was being incident, an ultra-high-speed light intensity modulation could be realized with a drive voltage as low as about 1.5V.
[0078]
In addition, since monitor light for monitoring is extracted from the upper surface of the upper clad, the monitor photodetector can be arranged so as not to interfere with the optical waveguide or the `` monitor photodetector of another optical modulator ''. Optical modulators can be integrated.
[0079]
FIG. 5 is a modification of the embodiment shown in FIG. In order to avoid complication, the same portions as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 4, and the description regarding FIG.
[0080]
In this embodiment, as a monitor light branching means for branching a part of the signal light as monitor light, a branch waveguide (a directional coupler) is formed at the same time as another optical waveguide portion other than the portion where the DAST is provided. 213A (213B) is used.
[0081]
The monitor light guided through the
[0082]
By monitoring the monitor light, it is possible to detect a shift in the operating point due to a temperature drift, a DC drift, or the like in the control circuit, and to feed back to the signal power source to always maintain an appropriate operating point.
[0083]
The grating coupler includes a refractive index modulation type and a relief type grating, and a curved grating having a light collecting function can also be formed. For the patterning of the grating, the surface of the resin optical waveguide (branch waveguide) is patterned by photolithography and etching using a mask. At this time, a blazed high-efficiency grating coupler can be formed by using the obliquely incident ion beam. A two-beam interference method in which exposure is performed by interfering two coherent light waves, an electron beam drawing method in which a pattern is formed using an electron beam, and the like can also be used as the grating patterning method.
[0084]
The
[0085]
The material of each part can also use the various materials described in the above-described embodiment, and it is also possible to improve the reflectance by forming a reflection mirror and forming a metal film on the reflection surface, as in the above-described embodiment. The same is true.
[0086]
FIG. 6 is another modification of the embodiment shown in FIG. In order to avoid complication, the same portions as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 4, and the description regarding FIG.
[0087]
In this embodiment, a “two-input, two-output multimode interference type optical waveguide” is used as a monitor light branching unit that branches a part of signal light as monitor light.
[0088]
The light phase-modulated by the
[0089]
The other of the branched light is guided as a monitor light through the
[0090]
Also in this case, "more accurate monitoring" can be performed because the signal light is directly monitored as compared with the case where the emitted light is monitored. In the two-input, two-output multimode interferometer
[0091]
While monitoring the monitor light, the control circuit can detect a shift in the operating point due to a temperature drift, a DC drift, or the like, and feed back to an input signal to always maintain an appropriate operating point.
[0092]
The two-input two-output multi-mode interferometer
[0093]
The
[0094]
As for the material of each part, various materials described in the above embodiment can be used, and the same as in the case of the above embodiment, it is also possible to improve the reflectance by forming a reflection mirror and forming a metal film on the reflection surface. is there.
[0095]
In the optical modulators shown in the embodiments of FIGS. 4 to 6, each “organic waveguide optical modulator with monitor” integrated on the same substrate is a Mach-Zehnder organic waveguide optical modulator. A
[0096]
The "optical path conversion means" is a
[0097]
The "monitor light branching means for branching the monitor light from the signal light" is the
[0098]
Therefore, an optical modulator according to an embodiment shown in FIGS. 4 to 6 has two or more organic waveguide type optical modulators with a monitor according to any one of claims 4 to 9 integrated on the same substrate. (Claim 10).
[0099]
FIG. 7 is a diagram showing one embodiment of the optical integrated circuit.
This optical integrated circuit realizes optical wiring between a plurality of
[0100]
As each light modulator of the light modulator array in the light output unit (composed of a light emitting element and a light modulator array), an “organic waveguide light modulator with monitor” of the type shown in FIG. 4 is used. . That is, the optical modulator array is an optical modulator in which a plurality of the organic waveguide type optical modulators with monitor shown in FIG. 5 are formed and arranged on the same printed
[0101]
Since the organic waveguide type optical modulator with monitor of the present invention can be formed at a low temperature, it can be monolithically formed on the printed
[0102]
On the printed
[0103]
The reflection mirror that reflects the monitor light toward the monitor photodetector was formed as a V-shaped groove having an inclination angle of 45 degrees from the back surface side of the printed
[0104]
That is, the polyimide on the electric wiring is removed, and flip-chip mounting is performed to form an optical integrated circuit. The output from the monitoring photodetector is taken into a control circuit, and when the optical output fluctuates, the DC bias of each optical modulator is controlled so that a desired optical output is obtained.
[0105]
Light emitted from the hybrid-mounted
In this embodiment, the input / output device has two optical outputs and optical inputs to enable bidirectional optical transmission. Although this is a preferred example, the optical integrated circuit of the present invention is limited to such a configuration. However, if there is a configuration having an optical output unit including an optical modulator in which DAST is selectively arranged, the optical input unit does not have to be on the same substrate, and conversely, other optical components are not required. There is no problem even if there is.
[0106]
In the embodiment shown in FIG. 7, since the organic optical modulator can perform very high-speed modulation, an electric signal is processed using a multiplexer and a demultiplexer, and the transmission path is utilized by utilizing the high speed of the optical modulator. However, the optical modulation may be performed by associating each optical modulator with each output terminal of the IC.
As described above, by using the organic waveguide type optical modulator with a monitor using the organic crystal: DAST, the fluctuation of the operating point due to the temperature drift, the DC drift of the modulation signal, and the like is removed, and the low voltage driving is enabled. A stable optical integrated circuit can be realized at low cost.
[0107]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an organic waveguide type optical modulator with a monitor, an optical modulation device, and an optical integrated circuit can be realized.
The organic waveguide type optical modulator with monitor according to the present invention can realize high-speed optical modulation by low voltage driving by using DAST as a Mach-Zehnder type optical waveguide type optical modulator, and can monitor the emission light and the signal light by the monitor. By detecting the parts and adjusting the DC bias voltage based on the detection results, the effects of temperature drift and DC drift can be reliably removed, and each part can be configured and integrated in a low-temperature process, realizing low cost. it can. Therefore, an optical modulator in which a plurality of organic waveguide type optical modulators with a monitor of the present invention are integrated on the same substrate, and an optical integrated circuit in which electric elements are further integrated can be realized at low cost and have high reliability. In addition, high-speed signal transmission / reception at a low voltage is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the molecular structure of DAST.
FIG. 2 is a diagram for explaining an embodiment of an organic waveguide type optical modulator with a monitor.
FIG. 3 is a diagram for explaining the light output of signal light and the light intensity of emitted light.
FIG. 4 is a diagram for explaining an embodiment of an optical modulation device having two organic waveguide type optical modulators with a monitor.
FIG. 5 is a diagram for explaining another embodiment of an optical modulation device having two organic waveguide type optical modulators with a monitor.
FIG. 6 is a diagram for explaining another embodiment of the light modulation device having two organic waveguide type light modulators with a monitor.
FIG. 7 is a diagram illustrating one embodiment of an optical integrated circuit.
[Explanation of symbols]
200 Mach-Zehnder optical waveguide
201, 202 DAST
203, 204, 205 control electrode
207 Signal power supply
50 Photodetectors for monitors
60 reflection mirror
Claims (11)
導波光の位相を変調するための電場を発生させる制御電極に光変調の動作点を設定するために印加される直流バイアス電圧を制御する制御回路と、
位相変調された導波光が合波される合波部で発生する放射光を、クラッド部を介して検出するモニタ用光検出器を有し、
上記モニタ用光検出器が検出する放射光の強度に応じて、上記制御回路により上記直流バイアス電圧を制御して、光変調の動作点を調整するように構成され、
光導波路内に、上記電場により導波光の位相を変調する電気光学効果媒体として、4−N,N−ジメチルアミノー4’−N−メチルスチルバゾリウム トシレート(4−N,N−dimethylamino−4’−N−methyl−stilbazolium tosylate 以下、DASTと略記する)の結晶を、導波方向がb軸となるようにして、コア層として持つことを特徴とするモニタ付有機導波路型光変調器。A Mach-Zehnder type organic waveguide type optical modulator,
A control circuit that controls a DC bias voltage applied to set an operating point of light modulation on a control electrode that generates an electric field for modulating the phase of the guided light,
A radiation light generated at a multiplexing portion where the phase-modulated guided light is multiplexed, having a monitoring photodetector for detecting via a cladding portion,
According to the intensity of the emitted light detected by the monitoring photodetector, the DC bias voltage is controlled by the control circuit to adjust an operating point of light modulation,
In the optical waveguide, 4-N, N-dimethylamino-4′-N-methylstilbazolium tosylate (4-N, N-dimethylamino-) is used as an electro-optic effect medium for modulating the phase of guided light by the electric field. A 4′-N-methyl-stilbazolium tosylate (hereinafter abbreviated as DAST) crystal as a core layer with a b-axis in a waveguide direction, and a monitor-equipped organic waveguide optical modulator having a monitor. .
位相変調された導波光が合波される合波部で発生する、放射光の向きを変換させる反射ミラーを、上記放射光が伝搬するクラッド部に有することを特徴とするモニタ付有機導波路型光変調器。The organic waveguide type optical modulator with monitor according to claim 1,
An organic waveguide type with a monitor, characterized in that a reflection mirror for changing the direction of emitted light, which is generated at a multiplexing portion where the phase-modulated guided light is multiplexed, is provided in a clad portion through which the radiated light propagates. Light modulator.
反射ミラーが、放射光の向きを、光導波路の形成されている基板面に交叉する方向へ変換させることを特徴とするモニタ付有機導波路型光変調器。The organic waveguide type optical modulator with monitor according to claim 2,
An organic waveguide type optical modulator with a monitor, characterized in that the reflection mirror changes the direction of emitted light to a direction crossing the substrate surface on which the optical waveguide is formed.
導波光の位相を変調するための電場を発生させる制御電極に光変調の動作点を設定するために印加される直流バイアス電圧を制御する制御回路と、
位相変調されて合波された信号光の一部を、モニタ光として検出するモニタ用光検出器と、
上記信号光の一部を、モニタ光として分岐するモニタ光分岐手段と、
このモニタ光分岐手段により分岐されたモニタ光の向きを、光導波路の形成されている基板面に交叉する方向へ変換させる光路変換手段とを有し、
上記モニタ用光検出器が検出するモニタ光の強度に応じ、上記制御回路により上記直流バイアス電圧を制御して、光変調の動作点を調整するように構成され、
光導波路内に、上記電場により導波光の位相を変調する電気光学効果媒体として、DASTの結晶を、導波方向がb軸となるようにして、コア層として持つことを特徴とするモニタ付有機導波路型光変調器。A Mach-Zehnder type organic waveguide type optical modulator,
A control circuit that controls a DC bias voltage applied to set an operating point of light modulation on a control electrode that generates an electric field for modulating the phase of the guided light,
A monitoring photodetector for detecting a part of the phase-modulated and combined signal light as monitor light,
Monitor light branching means for branching a part of the signal light as monitor light;
Optical path conversion means for converting the direction of the monitor light branched by the monitor light branching means into a direction crossing the substrate surface on which the optical waveguide is formed,
According to the intensity of the monitor light detected by the monitor photodetector, the DC bias voltage is controlled by the control circuit to adjust the operating point of light modulation,
An organic with monitor characterized in that a DAST crystal is provided as a core layer in an optical waveguide as an electro-optic effect medium for modulating the phase of guided light by the electric field so that the waveguide direction is the b-axis. Waveguide type optical modulator.
光路変換手段が、反射ミラーであることを特徴とするモニタ付有機導波路型光変調器。The organic waveguide type optical modulator with monitor according to claim 4,
An organic waveguide type optical modulator with a monitor, wherein the optical path conversion means is a reflection mirror.
光路変換手段が、グレーティングカプラであることを特徴とするモニタ付有機導波路型光変調器。The organic waveguide type optical modulator with monitor according to claim 4,
An organic waveguide type optical modulator with a monitor, wherein the optical path conversion means is a grating coupler.
信号光からモニタ光を分岐するモニタ光分岐手段が、分岐導波路であることを特徴とするモニタ付有機導波路型光変調器。The organic waveguide type optical modulator with monitor according to claim 4, 5, or 6,
An organic waveguide type optical modulator with a monitor, wherein the monitor light branching means for branching the monitor light from the signal light is a branch waveguide.
信号光からモニタ光を分岐するモニタ光分岐手段が、方向性結合器であることを特徴とするモニタ付有機導波路型光変調器。The organic waveguide type optical modulator with monitor according to claim 4, 5, or 6,
An organic waveguide type optical modulator with a monitor, wherein the monitor light branching means for branching the monitor light from the signal light is a directional coupler.
信号光からモニタ光を分岐するモニタ光分岐手段が、2入力2出力のマルチモード干渉型の光導波路であることを特徴とするモニタ付有機導波路型光変調器。The organic waveguide type optical modulator with monitor according to claim 4, 5, or 6,
An organic waveguide type optical modulator with a monitor, wherein the monitor light splitting means for splitting the monitor light from the signal light is a multi-mode interference type optical waveguide having two inputs and two outputs.
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