JP2004246002A

JP2004246002A - 光変調素子及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004246002A
Application number: JP2003034742A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Sato; 正博佐藤
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】光学バイアス点の制御が容易であり、感度が高く、感度の直線性に優れた光変調素子及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】電気光学効果を有する基板１０上に、入射光導波路４２、Ｙ分岐結合部４４、位相シフト光導波路４６ａ、４７ａ、及び変調電極４８が形成され、また電気光学効果を有する基板１１上には、位相シフト光導波路４６ｂ、４７ｂ、Ｙ分岐結合部４５、及び出射光導波路４３が形成され、基板１０と基板１１とは、スペーサ１３によって傾斜角度が調整され、接着剤１４によって接続されて透過型の分岐干渉型光導波路が形成されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気光学効果を呈する基板上の光導波路を利用して構成される光変調素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の電気光学効果を有する結晶を基板とし、その表面に分岐干渉型の光導波路が形成された光導波路素子は、光変調器や光電界センサのセンサヘッド等として有用である。
【０００３】
図３は、従来の導波路型の光変調素子である透過型光変調器３の構成を示す模式的な斜視図である。図３において、ニオブ酸リチウム単結晶のＸ軸に垂直に切り出した基板４１上にチタンを拡散して光導波路が形成されている。前記基板４１には、入射光導波路４２、そこから、点線で囲んで示したＹ分岐結合部４４で結合した位相シフト光導波路５６、５７、及び上記２本の位相シフト光導波路が合流するＹ分岐結合部４５（同じく点線で囲んで示す）で結合した出射光導波路４３が形成されて、更に、位相シフト光導波路５６、５７の付近には、変調電極４８が形成されて、透過型光変調器３が構成されている。入射光導波路４２の入射端には、入力光用の光ファイバ４９が結合され、出射光導波路４３の出射端には、出力光用の光ファイバ５０が接続されている。
【０００４】
図３において、光ファイバ４９からの入射光５１は入射光導波路４２に入射した後、Ｙ分岐結合部４４で位相シフト光導波路５６と５７に分割される。変調電極４８に電圧信号が印加された場合、位相シフト光導波路５６と５７には、互いに反対向きの電界成分が生ずる。この結果、電気光学効果により屈折率変化が生じて、位相シフト光導波路５６、５７を伝搬する光波間に、印加電圧に応じた位相差が生じ、それらがＹ分岐結合部４５で合流する出射光導波路４３では、二つの光波間の干渉により、出射光５２の強度が変化する。すなわち、変調電極４８に印加される電圧に応じて、光ファイバ５０に出射される光出力の強度が変化する。
【０００５】
以上の構成の光変調器では、分岐干渉型光導波路を通過する光波は、変調電極４８により印加される電圧に対して、三角関数的に出力変動が起こる。これを数式で表すと、（１）式のとおりである。
【０００６】
Ｐ_ｏｕｔ＝α・Ｐ_ｉｎ［１＋ｃｏｓ（π・Ｖ_１／Ｖ_π＋φ）］／２ ……（１）
【０００７】
ただし、Ｐ_ｏｕｔ：出力光強度、Ｐ_ｉｎ：入力光強度、Ｖ_π：半波長電圧、α：光挿入損失、Ｖ_１：印加電圧、である。
【０００８】
また、上記（１）式において、φは印加電圧０Ｖでの位相バイアス（以後、光学バイアス点と称す）のシフト値を示している。また、光変調素子に必要な条件としては、光学バイアス点が、出力光強度Ｐ_ｏｕｔの最大値と最小値の中点付近の直線性の良い位置にあることである。
【０００９】
このように、光学バイアス点が設定されたとき、光は、印加電圧に対して、直線的に強度変調される。ところが、光学バイアス点が、出力光強度Ｐ_ｏｕｔの最大値又は最小値に近いものでは、強度変調の直線性は悪くなり、なおかつ、感度も低下する。
【００１０】
この光学バイアス点を光変調素子の製造において制御するには、非常に高精度の製作条件が要求され、これが光変調素子の歩留りを悪くする最大の要因になっていた。そこで、得られた光変調素子のうち、光学バイアス点の不適当なものについては、光導波路の一部に応力を印加し屈折率を変化させて光学バイアス点を後から調整することなどが試みられている。
【００１１】
例えば、光導波路の側面から外力を加えて光学バイアス点を調整する技術が次の特許文献１に開示されている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平６−３３７３８５号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に示されたような光導波路の一部に応力を印加して屈折率を変化させ光学バイアス点を調整する方法においては、長期信頼性において問題があり、実際的には、光学バイアス点の不適当なものは廃棄せざるを得なかった。
【００１４】
従って、本発明の課題は、光学バイアス点の制御が容易であり、感度が高く、感度の直線性に優れた光変調素子及びその製造方法を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の光変調素子は、電気光学効果を有する基板上に、位相シフト光導波路を有する分岐干渉型光導波路と変調電極とが形成された透過型の光変調素子であって、前記基板は前記位相シフト光導波路をほぼ垂直に横切る境界面の付近で接合されたことを特徴とする。
【００１６】
また、前記境界面では、前記位相シフト光導波路の方向がわずかに屈折しているとよい。
【００１７】
また、前記境界面の付近の基板接合面では、位相シフト光導波路の方向とほぼ直交する方向での前記基板接合面の一端にスペーサが配設されているとよい。
【００１８】
また、本発明の光変調素子の製造方法は、電気光学効果を有する光学結晶基板上に、位相シフト光導波路を有する分岐干渉型光導波路と変調電極とが形成されてなる光変調素子の製造方法であって、前記位相シフト光導波路が形成された基板の部分において、切断により、光の導波方向に対して前後に２分割する工程と、分割された位相シフト光導波路の間の傾斜角度を調整して再び結合する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１９】
また、前記分割された位相シフト光導波路の間の傾斜角度を調整して再び結合する工程は、２分割した基板の間の片側にスペーサを配設して、１つの平面上で前記傾斜角度の調整を行う工程と、前記２分割した基板を再び接着する工程とを含むとよい。
【００２０】
そして、前記分割された位相シフト光導波路の間の傾斜角度を調整して再び結合する工程は、前記２分割した基板の接着面となる端面を前記位相シフト光導波路に対し、所定の角度を設けて加工する工程と、１つの平面上で基板を接着する工程とを含むとよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２２】
（実施の形態１）図１は、本発明の実施の形態１の光変調素子である透過型光変調器１の構成を示す平面図である。なお、図１の符号は従来例の図３の符号と、実質的に同じものについては、共通の符号を用いた。
【００２３】
図１に示すように、透過型光変調器１は、２個の基板１０及び１１の上に形成された分岐干渉型光導波路が、同一平面上で結合して構成されている。
【００２４】
基板１０の上には、入射光導波路４２、Ｙ分岐結合部４４、位相シフト光導波路４６ａ、位相シフト光導波路４７ａ、及び変調電極４８が形成されている。
【００２５】
また、基板１１の上には、位相シフト光導波路４６ｂ、位相シフト光導波路４７ｂ、Ｙ分岐結合部４５、及び出射光導波路４３が形成されている。
【００２６】
前記基板１０と１１は、１つの基板上に位相シフト光導波路４６ａと４６ｂが連続して形成され、また位相シフト光導波路４７ａと４７ｂが連続して形成された分岐干渉型の光導波路素子を位相シフト光導波路が形成された基板部分で切断し、端面加工を施すことにより得られる。
【００２７】
また、前記基板１０、１１の接続面の片端に、スペーサ１３が配置され、前記基板１０、１１の間に傾斜角θが形成され、接着剤１４によって接着されている。すなわち、基板１０と基板１１の間の基板接合面で、位相シフト光導波路の方向とほぼ直交する方向での基板接合面の一端にはスペーサが配設されている。
【００２８】
ここで、スペーサ１３の厚さｄは、下記の（２）式で求められる。
【００２９】
ｄ＝Ｖａ／Ｖ_π・（λ／４ｎ）・ｗ／Ｌ ……（２）
【００３０】
ただし、Ｖａ：傾斜角θが０°の時の中点までの位相シフトに必要な印加電圧、λ：光の波長、ｎ：接着剤１４の屈折率、Ｌ：分岐した光導波路間距離、ｗ：光変調素子幅、である。
【００３１】
このようにして作製された透過型光変調器１では、再び結合された位相シフト光導波路の間に、Ｖａ／Ｖ_π・（λ／２ｎ）の光路差が生じる。この結果、印加電圧Ｖ_１が０Ｖにおいて、入射光導波路４２、位相シフト光導波路、出射光導波路４３を通過した光を最大値と最小値の中点近傍の強度とする事ができる。以上のことから、前記スペーサ１３の厚さを変化させることにより、様々な光学バイアス点を持つ透過型光変調器の透過光出力を最大値と最小値の中点近傍に制御する事ができる。
【００３２】
（実施の形態２）図２は、本発明の実施の形態２の光変調素子である透過型光変調器２の構成を示す平面図である。
【００３３】
基板２０の上に入射光導波路４２、Ｙ分岐結合部４４、位相シフト光導波路４６ａ、位相シフト光導波路４７ａ、及び変調電極４８が形成され、また、基板２１の上に、位相シフト光導波路４６ｂ、位相シフト光導波路４７ｂ、Ｙ分岐結合部４５、及び出射光導波路４３が形成され、合わせて分岐干渉型導波路素子が、同一平面上で接合されて、透過型光変調器２が構成されている。
【００３４】
前記基板２０、２１の接合面の少なくとも一方の端面は、図２に示すように、傾斜角θで端面加工が施されている。その結果、接合後の位相シフト光導波路は、この境界面において、わずかに屈折している。従って、図１において説明したと同様に、位相シフト光導波路４６ａ及び位相シフト光導波路４６ｂを合わせた位相シフト光導波路と、位相シフト光導波路４７ａ及び位相シフト光導波路４７ｂを合わせた位相シフト光導波路との間で光路差が生じ、光学バイアス点が変化する。よって、端面加工の角度を変化させることにより、様々な光学バイアス点を持つ透過型光変調器を透過光強度の最大値と最小値の中点近傍に制御する事ができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上、述べたように、本発明によれば、容易に光学バイアス点を制御する事ができ、感度及び感度直線性の高い光変調素子及びその製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の透過型光変調器の構成を示す平面図。
【図２】実施の形態２の透過型光変調器の構成を示す平面図。
【図３】従来の透過型光変調器の構成を示す模式的な斜視図。
【符号の説明】
１，２，３透過型光変調器
１０，１１，２０，２１，４１基板
１３スペーサ
１４接着剤
４２入射光導波路
４３出射光導波路
４４，４５Ｙ分岐結合部
４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂ，５６，５７位相シフト光導波路
４８変調電極
４９，５０光ファイバ
５１入射光
５２出射光
θ 傾斜角

Claims

電気光学効果を有する基板上に、位相シフト光導波路を有する分岐干渉型光導波路と変調電極とが形成された透過型の光変調素子であって、前記基板は前記位相シフト光導波路をほぼ垂直に横切る境界面の付近で接合されたことを特徴とする光変調素子。
前記境界面で、前記位相シフト光導波路の方向がわずかに屈折したことを特徴とする請求項１に記載の光変調素子。
前記境界面の付近の基板接合面で、位相シフト光導波路の方向とほぼ直交する方向での前記基板接合面の一端にはスペーサが配設されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光変調素子。
電気光学効果を有する光学結晶基板上に、位相シフト光導波路を有する分岐干渉型光導波路と変調電極とが形成されてなる透過型の光変調素子の製造方法であって、前記位相シフト光導波路が形成された基板の部分において、切断により、光の導波方向に対して前後に２分割する工程と、分割された位相シフト光導波路の間の傾斜角度を調整して再び結合する工程と、を含むことを特徴とする光変調素子の製造方法。
前記分割された位相シフト光導波路の間の傾斜角度を調整して再び結合する工程は、２分割した基板の間の片側にスペーサを配設して、１つの平面上で前記傾斜角度の調整を行う工程と、前記２分割した基板を再び接着する工程とを含むことを特徴とする請求項４に記載の光変調素子の製造方法。
前記分割された位相シフト光導波路の間の傾斜角度を調整して再び結合する工程は、前記２分割した基板の接着面となる端面を前記位相シフト光導波路に対し、所定の角度を設けて加工する工程と、１つの平面上で基板を接着する工程とを含むことを特徴とする請求項４に記載の光変調素子の製造方法。