JP2005181757A

JP2005181757A - マッハ・ツェンダー干渉計、光結合器及び光結合器の製造方法

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Publication number: JP2005181757A
Application number: JP2003423537A
Authority: JP
Inventors: Takao Sakurai; 孝夫桜井; Toshiyuki Araki; 俊行荒木; Nobuhito Kishi; 信人岸
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2005-07-07
Also published as: EP1544646A1; US20050135750A1

Abstract

【課題】良好な消光比を有する光結合器を提供する。
【解決手段】外部から入力された第１の光及び第２の光を合成して出力するＹ分岐型の光結合器であって、外部から入力された第１の光を伝搬する第１入力側光導波路と、外部から入力された第２の光を伝搬する第２入力側光導波路と、第１の光及び第２の光を合成した合成光を出力する光結合部と、合成光を伝搬して端部から出力する出力側光導波路とを備え、出力側光導波路は、第１入力側光導波路及び第２入力側光導波路と比較して、光導波路内を伝搬する光を光導波路の外周に放射する単位長さ当たりの比率が高い光結合器を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マッハ・ツェンダー干渉計、光結合器及び光結合器の製造方法に関する。特に本発明は、良好な消光比を有するマッハ・ツェンダー干渉計、光結合器及び光結合器の製造方法に関する。

従来、第１の光を伝搬する第１の光導波路と、第２の光を伝搬する第２の光導波路と、第１の光及び第２の光を合成した合成光を伝搬して端部から出力する出力側光導波路とを備える光結合器が実現されている。このような光結合器においては、第１及び第２の光導波路から出力側光導波路に入射される２つの光の位相に応じて、これらの光が干渉する結果、出力側光導波路から出射される出力光の強度が変化する。そして理想的には、互いに強度の等しい光が逆位相で出力側光導波路に入射された場合、これらの光が互いに打ち消しあって出力側光導波路の外周から放射され、出力光の強度が０となることが望ましい。

このため、光結合器の特性をあらわす指標として、消光比が定義される。消光比とは、互いに強度の等しい光を同位相で出力側光導波路に入射させた場合に対する、逆位相で出力側光導波路に入射させた場合における出力光の強度の比率を示す。

光結合器において消光比を高める技術として、特許文献１から特許文献５が開示されている。特許文献１は、マッハ・ツェンダー型光変調器において、出力側光導波路を曲げて成形するか、又は、第１の光導波路及び第２の光導波路と光軸をずらすかのいずれかの手段により出力光及び放射光の分離性能を高め、観測される消光比を高める技術を開示する。

特許文献２は、光結合器を有する光ファイバジャイロにおいて、出力側光導波路を曲げて成形すると共に、第１及び第２の光導波路の間等に溝を設けて出力光及び放射光の分離性能を高め、観測される消光比を高める技術を開示する。

特許文献３及び４は、入射された光を入射導波路により伝搬し、伝搬された光を分岐して第１及び第２の導波路に出力するＹ分岐型光分岐路において、軸ずれ入射等による分岐比変動を抑制するために、入射導波路の幅を小さくする技術を開示する。

また、特許文献５は、マッハ・ツェンダー型光変調器において、マッハ・ツェンダー型光変調器と光ファイバとを結合する部分の光軸ずれの影響を低減することを目的として、高強度で光を誘導するマッハ・ツェンダー型光変調器の導波路と、低強度で光を誘導する光ファイバとの間に中間のテーパー部を設ける技術を開示する。
特開平８−１９４１９５号公報特開平９−３１８３６７号公報特許第３１０２８７４号明細書特開平９−２１９８５号公報特開平１０−７３７９２号公報

上記の特許文献１から５は、光結合器において消光比が劣化する要因のうち、異なる要因の解消を図っている。

特許文献１及び２によれば、第１及び第２の光が光結合器において干渉した結果生じる放射光を出力側光導波路の出力光と分離し、出力光のみを観測可能とする。これにより、同一の強度で逆位相の光を第１及び第２の光導波路に入射した場合においても放射される放射光を出力光と共に観測してしまうのを防ぐことができ、消光比の劣化を低減することができる。しかし、第３の光導波路を曲げて配置したり、光導波路間に溝を設けたりするためのスペースが必要となり、また、これらの加工に伴い製造コストが増加するという問題がある。

特許文献３及び４によれば、入力された光を分岐し、光結合器の第１及び第２の光導波路に入射させる光分岐器の分岐比変動を抑止して、第１及び第２の光導波路を伝搬する光の強度を同一に近づけることにより、消光比の劣化を低減する。

特許文献５によれば、マッハ・ツェンダー型光変調器において光を結合した後、出力光が光ファイバに入射される際に、光ファイバの光軸ずれにより生じる消光比の劣化を低減することができる。

これに対し、本願の発明者は、光結合器の消光比を更に高めるために、光結合器において消光比を劣化させる要因を調査した結果、上記のいずれとも異なる要因によっても消光比が劣化することを発見した。

そこで本発明は、新たに発見した要因を解消し、光結合器における消光比の劣化を効果的に低減することのできるマッハ・ツェンダー干渉計、光結合器及び光結合器の製造方法を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。

本発明の第１の形態によると、外部から入力された第１の光及び第２の光を合成して出力するＹ分岐型の光結合器であって、外部から入力された前記第１の光を伝搬する第１入力側光導波路と、外部から入力された前記第２の光を伝搬する第２入力側光導波路と、前記第１の光及び前記第２の光を合成した合成光を出力する光結合部と、前記合成光を伝搬して端部から出力する出力側光導波路とを備え、前記出力側光導波路は、前記第１入力側光導波路及び前記第２入力側光導波路と比較して、光導波路内を伝搬する光を光導波路の外周に放射する単位長さ当たりの比率が高い光結合器を提供する。

前記出力側光導波路は、前記第１入力側光導波路及び前記第２入力側光導波路と比較して、幅が小さくてもよい。また、前記出力側光導波路は、前記第１入力側光導波路及び前記第２入力側光導波路と比較して、断面積が小さくてもよい。

また、前記第１入力側光導波路、前記第２入力側光導波路、及び前記出力側光導波路は、強誘電体結晶を材料とする基板における光導波路を形成すべき部分に金属を拡散することにより形成され、前記出力側光導波路は、前記第１入力側光導波路及び前記第２入力側光導波路と比較し、長さ当たりの金属の拡散量が小さくてもよい。

また、前記第１入力側光導波路、前記第２入力側光導波路、及び前記出力側光導波路は、リチウム・ナイオベートを材料とする基板における光導波路を形成すべき部分にチタンを拡散することにより形成され、前記出力側光導波路は、前記第１入力側光導波路及び前記第２入力側光導波路と比較し、長さ当たりのチタンの拡散量が小さくてもよい。

また、前記第１入力側光導波路、前記第２入力側光導波路、及び前記出力側光導波路は、強誘電体結晶を材料とする基板における光導波路を形成すべき部分をプロトン交換することにより形成され、前記出力側光導波路は、前記第１入力側光導波路及び前記第２入力側光導波路と比較し、長さ当たりのプロトン交換量が小さくてもよい。

本発明の第２の形態によると、入力された光を分岐する光分岐器と、分岐された２つの光を合波する光合波器とを備え、本発明の第１の形態による光結合器を前記光合波器として用いるマッハ・ツェンダー干渉計を提供する。本発明の第１の形態による光結合器を前記光分岐器として更に用いてもよい。

本発明の第３の形態によると、外部から入力された第１の光及び第２の光を合成して出力するＹ分岐型の光結合器の製造方法であって、外部から入力された前記第１の光を伝搬する第１入力側光導波路を形成する第１入力側光導波路形成段階と、外部から入力された前記第２の光を伝搬する第２入力側光導波路を形成する第２入力側光導波路形成段階と、前記第１の光及び前記第２の光を合成した合成光を出力する光結合部を形成する光結合部形成段階と、前記合成光を伝搬して端部から出力する出力側光導波路を形成する出力側光導波路形成段階とを備え、前記出力側光導波路形成段階は、前記第１入力側光導波路及び前記第２入力側光導波路と比較して、光導波路内を伝搬する光を光導波路の外周に放射する単位長さ当たりの比率が高い前記出力側光導波路を形成する光結合器の製造方法を提供する。

前記第１入力側光導波路形成段階、前記第２入力側光導波路形成段階、及び前記出力側光導波路形成段階のそれぞれは、強誘電体結晶を材料とする基板の表面における光導波路を形成すべき部分に金属膜を形成する金属膜形成段階と、前記金属膜を前記基板に拡散して、光導波路を形成する拡散段階とを有し、前記出力側光導波路形成段階における前記金属膜形成段階は、前記第１入力側光導波路形成段階及び前記第２入力側光導波路形成段階と比較し、より幅の小さい前記金属膜を形成してもよい。

また、前記第１入力側光導波路形成段階、前記第２入力側光導波路形成段階、及び前記出力側光導波路形成段階のそれぞれは、強誘電体結晶を材料とする基板の表面における光導波路を形成すべき部分に金属膜を形成する金属膜形成段階と、前記金属膜を前記基板に拡散して、光導波路を形成する拡散段階とを有し、前記出力側光導波路形成段階における前記金属膜形成段階は、前記第１入力側光導波路形成段階及び前記第２入力側光導波路形成段階と比較し、より薄い前記金属膜を形成してもよい。

また、前記金属膜形成段階は、リチウム・ナイオベートを材料とする基板の表面にチタン膜を形成し、前記拡散段階は、前記チタン膜を前記基板に拡散して、光導波路を形成してもよい。

また、前記第１入力側光導波路形成段階、前記第２入力側光導波路形成段階、及び前記出力側光導波路形成段階のそれぞれは、強誘電体結晶を材料とする基板の表面における光導波路を形成すべき部分に金属膜を形成する金属膜形成段階と、前記金属膜を前記基板に拡散して、光導波路を形成する拡散段階とを有し、前記第１入力側光導波路形成段階、前記第２入力側光導波路形成段階、及び前記出力側光導波路形成段階における前記金属膜形成段階は、前記基板に金属膜を積層する金属膜積層段階と、前記基板に積層した前記金属膜上に、前記第１入力側光導波路、前記第２入力側光導波路、及び前記出力側光導波路を形成すべき部分をマスクするマスクパターンを形成するマスクパターン形成段階と、前記基板に積層した前記金属膜における、前記マスクパターンによりマスクされていない部分を除去することにより、光導波路を形成すべき部分に前記金属膜を形成する除去段階とを含み、前記出力側光導波路を形成すべき部分をマスクするマスクパターンは、前記第１入力側光導波路及び前記第２入力側光導波路を形成すべき部分をマスクするマスクパターンと比較し、より幅が小さくてもよい。

また、前記第１入力側光導波路形成段階、前記第２入力側光導波路形成段階、及び前記出力側光導波路形成段階は、強誘電体結晶を材料とする基板の表面に、前記第１入力側光導波路、前記第２入力側光導波路、及び前記出力側光導波路を形成すべき部分に開口を有するマスクパターンを形成するマスクパターン形成段階と、前記基板の表面における前記マスクパターンにより露出される部分をプロトン交換して、前記第１入力側光導波路、前記第２入力側光導波路、及び前記出力側光導波路を形成するプロトン交換段階とを有し、前記マスクパターン形成段階は、前記出力側光導波路を形成すべき部分における前記開口の幅を、前記第１入力側光導波路および前記第２入力側光導波路を形成すべき部分における前記開口の幅と比較しより小さく形成してもよい。

また、前記第１入力側光導波路形成段階、前記第２入力側光導波路形成段階、及び前記出力側光導波路形成段階は、強誘電体結晶を材料とする基板の表面に、前記第１入力側光導波路、前記第２入力側光導波路、及び前記出力側光導波路を形成すべき部分に開口を有するマスクパターンを形成するマスクパターン形成段階と、前記基板の表面における前記マスクパターンにより露出される部分をプロトン交換して、前記第１入力側光導波路、前記第２入力側光導波路、及び前記出力側光導波路を形成するプロトン交換段階とを有し、前記プロトン交換段階は、前記出力側光導波路を形成すべき部分における前記開口の長さ当たりのプロトン交換量を、前記第１入力側光導波路および前記第２入力側光導波路を形成すべき部分における前記開口の長さ当たりのプロトン交換量と比較しより小さくしてもよい。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本発明によれば、良好な消光比を有する光結合器を提供することができる。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る光結合器１２０の構成を示す。
光結合器１２０は、外部から入力された第１の光及び第２の光を合成して出力するＹ分岐型の光結合器である。光結合器１２０は、第１入力側光導波路１３０と、第２入力側光導波路１４０と、光結合部１５０と、出力側光導波路１６０とを備える。

第１入力側光導波路１３０は、外部から入力された第１の光を伝搬して光結合部１５０に入力する。第２入力側光導波路１４０は、外部から入力された第２の光を伝搬して光結合部１５０に入力する。ここで、光結合器１２０がマッハ・ツェンダー型光変調器の光結合器として用いられる場合、第１入力側光導波路１３０及び第２入力側光導波路１４０は、分岐前の光導波路を伝搬する光が光分岐器により分岐された第１の光及び第２の光をそれぞれ入力してもよい。

光結合部１５０は、第１入力側光導波路１３０から入力された第１の光及び第２入力側光導波路１４０から入力された第２の光を合成した合成光を出力する。出力側光導波路１６０は、合成光を伝搬して端部から出力する。本実施形態に係る出力側光導波路１６０は、光結合器１２０の消光比を高めることを目的として、第１入力側光導波路１３０及び第２入力側光導波路１４０と比較して、光導波路内を伝搬する光を光導波路の外周に放射する単位長さ当たりの比率が高いという特徴を有する。より具体的には、出力側光導波路１６０は、第１入力側光導波路１３０及び第２入力側光導波路１４０と比較して、例えば断面積が小さく形成されてよく、また例えば幅が小さく形成されてよもよい。また、第１入力側光導波路１３０及び第２入力側光導波路１４０を出力側光導波路１６０として同一の光導波路を形成した後に、第１入力側光導波路１３０及び第２入力側光導波路１４０をリッジ加工することにより、第１入力側光導波路１３０及び第２入力側光導波路１４０から光が放射される比率を低減させてもよい。
なお、光結合器１２０がマッハ・ツェンダー型光変調器の光結合器として用いられる場合、出力側光導波路１６０は、分岐前の光導波路と比較して、光導波路内を伝搬する光を光導波路の外周に放射する単位長さ当たりの比率が高くてもよい。

本実施形態において光結合器１２０は、リチウム・ナイオベートやリチウム・タンタレート等の強誘電体結晶を材料とする基板１００上に形成される。また、第１入力側光導波路１３０、第２入力側光導波路１４０、光結合部１５０、及び／又は出力側光導波路１６０は、基板１００の強誘電体結晶の層における光導波路を形成すべき部分に、チタン等の金属を拡散することにより形成される。そして、出力側光導波路１６０は、第１入力側光導波路１３０及び第２入力側光導波路１４０と比較し、長さ当たりにおけるチタン等の金属の拡散量が小さくなるように形成されることにより、基板１００の面方向又は垂直方向の幅や断面積等が小さくなるように形成される。
これに代えて、第１入力側光導波路１３０、第２入力側光導波路１４０、光結合部１５０、及び／又は出力側光導波路１６０は、基板１００の強誘電体結晶の層における光導波路を形成すべき部分をプロトン交換することにより形成されてもよい。そして、出力側光導波路１６０は、第１入力側光導波路１３０及び第２入力側光導波路１４０と比較し、長さ当たりにおけるプロトン交換量が小さくなるように形成されることにより、基板１００の面方向又は垂直方向の幅や断面積等が小さくなるように形成されてもよい。

図２は、本実施形態に係る光結合器１２０により放射される光波２７０を、（ａ）従来の構成、（ｂ）本実施形態の構成のそれぞれについて示す。
図２（ａ）に示したように、従来の構成においては光の伝搬損失を低減することに重点をおき、第１入力側光導波路１３０及び第２入力側光導波路１４０と出力側光導波路２６０とを、光導波路内を伝搬する光を光導波路の外周に放射する単位長さ当たりの比率が低い値となるように形成するのが一般的である。すなわち、第１入力側光導波路１３０、第２入力側光導波路１４０、及び出力側光導波路２６０としては、光を十分に閉じ込めて低損失となるような屈折率分布で形成された略同一の光導波路が用いられる。

第１入力側光導波路１３０及び第２入力側光導波路１４０から同一強度で逆位相の第１の光及び第２の光を光結合部１５０に入射した場合、理想的には、これらの光が光結合部１５０により合波され、高次モードの光となって光波２７０として出力側光導波路２６０の外部に放射される。この結果、光波は出力側光導波路２６０に結合しない状態となる。
しかし、光を十分に閉じ込める第１入力側光導波路１３０、第２入力側光導波路１４０、及び出力側光導波路２６０を用いた光結合器１２０を、広い波長領域の第１の光及び第２の光に対して使用する場合、全ての波長について放射光を出力側光導波路２６０の外部に放射することができない。すなわち、波長によっては光結合部１５０における合波時の進入角度等の条件が大きく相違する結果、光波２７０として放射されるはずの高次モードの光が出力側光導波路２６０内に一部閉じ込められる。このような光は、光波２８０として出力側光導波路２６０の側面に沿って減衰せずに伝搬し、伝搬中に出力側光導波路２６０の中心側に伝わって出力光として観測されてしまう。

以上に示した様に、図２（ａ）に示した光結合器１２０には、同一強度で逆位相の第１の光及び第２の光を結合した場合に生じる高次モードの光を伝搬して出力光として出力することにより消光比が劣化するという、特許文献１から５とは相違する消光比の劣化要因があることが分かる。

上記の要因を解消し良好な消光比を得るために、本実施形態に係る出力側光導波路１６０は、図２（ｂ）に示したように、出力側光導波路１６０として、第１入力側光導波路１３０及び第２入力側光導波路１４０より光の閉じ込めが悪くなるような光導波路を用いる。すなわち例えば、出力側光導波路１６０として、同一の屈折率分布であっても断面積や幅等が小さい光導波路を用いる。これにより、第１入力側光導波路１３０及び第２入力側光導波路１４０と比較して、光導波路内を伝搬する光が光導波路の外周に放射される単位長さ当たりの比率が高くなる。この結果、出力側光導波路１６０は、出力側光導波路２６０と比較して、広い波長領域の光波に対して光エネルギーを漏出し、出力側光導波路１６０を伝搬する高次モードの光を放出しやすくなる。したがって、第１の光及び第２の光が合波されて高次モードとなった光は光波２７０として効率良く放射され、出力側光導波路１６０の端部から出力光として出力される割合を低下させることができる。

以上に示した通り、本実施形態に係る光結合器１２０によれば、光結合部１５０により生じた高次モードの光を効率良く放射することにより、良好な消光比を実現することができる。また、上記の構造は、特許文献１又は２に開示された光結合器と比較して、省スペースで製造が容易であるという特徴を有する。

図３は、本実施形態に係る光結合器１２０の製造方法を示す。図３（ａ）から（ｃ）は、図１における切断線１９０による断面を出力側光導波路１６０側から見た場合における、各製造段階の光結合器１２０の構造を示す。

まず、図３（ａ）に示したように、基板準備段階において、強誘電体結晶を材料とする基板１００を準備する。
次に、図３（ｂ）に示したように、第１入力側光導波路１３０を形成する第１入力側光導波路形成段階における金属膜形成段階において、基板１００の強誘電体結晶の層の表面における光導波路を形成すべき部分に、金属膜の一例であるチタン膜３００ａを形成する。また、第２入力側光導波路１４０を形成する第２入力側光導波路形成段階における金属膜形成段階において、基板１００における強誘電体結晶の層の表面に金属膜の一例であるチタン膜３００ｂを形成する。

また、出力側光導波路１６０を形成する出力側光導波路形成段階における金属膜形成段階において、基板１００の強誘電体結晶の層の表面における光導波路を形成すべき部分に、金属膜の一例であるチタン膜３００ｃを形成する。ここで、出力側光導波路形成段階における金属膜形成段階においては、第１入力側光導波路形成段階及び第２入力側光導波路形成段階と比較し、より幅の小さいチタン膜３００ｃを形成することにより、光導波路の単位長さ当たりにおける金属の量を少なくする。このチタン膜３００ｃは、チタン膜３００ａ〜ｂと同一の厚さであってもよい。

より具体的には、第１入力側光導波路形成段階、第２入力側光導波路形成段階、及び出力側光導波路形成段階における金属膜形成段階において、以下に示す手順によりチタン膜３００ａ〜ｃを形成する。
まず、金属膜積層段階において、基板１００の上面全体に金属膜を積層する。次に、マスクパターン形成段階において、基板１００に積層した金属膜上に、第１入力側光導波路１３０、第２入力側光導波路１４０、及び出力側光導波路１６０を形成すべき部分をマスクするマスクパターンを形成する。ここで、出力側光導波路１６０の幅を、第１入力側光導波路１３０及び第２入力側光導波路１４０と比較し小さくするため、出力側光導波路１６０を形成すべき部分をマスクするマスクパターンの幅を、第１入力側光導波路１３０及び第２入力側光導波路１４０を形成すべき部分をマスクするマスクパターンの幅と比較しより小さくしておく。
次に、除去段階において、基板１００に積層した金属膜における、マスクパターンによりマスクされていない部分を除去することにより、光導波路を形成すべき部分にチタン膜３００ａ〜ｃを形成する。

次に、図３（ｃ）に示したように、第１入力側光導波路形成段階における拡散段階において、チタン膜３００ａを基板１００に拡散して、基板１００における強誘電体結晶の層に埋め込まれた第１入力側光導波路１３０を形成する。また、第２入力側光導波路形成段階における拡散段階において、チタン膜３００ｂを基板１００に拡散して、基板１００における強誘電体結晶の層に埋め込まれた第２入力側光導波路１４０を形成する。また、出力側光導波路形成段階における拡散段階において、チタン膜３００ｃを基板１００に拡散して、基板１００における強誘電体結晶の層に埋め込まれた出力側光導波路１６０を形成する。

なお、光結合部１５０を形成する光結合部形成段階においても、例えば上記の金属膜形成段階及び拡散段階と同様にして光結合部１５０を形成する。

以上に示した光結合器１２０の製造方法によれば、基板１００上に、第１入力側光導波路１３０、第２入力側光導波路１４０、及び、これらと比較し幅が小さい出力側光導波路１６０を形成することができ、良好な消光比を実現する光結合器１２０を製造することができる。

図４は、本実施形態の第１変形例に係る光結合器１２０の製造方法を示す。図４（ａ）から（ｃ）は、図１における切断線１９０による断面を出力側光導波路１６０側から見た場合における、各製造段階の光結合器１２０の構造を示す。

まず、図４（ａ）に示したように、基板準備段階において、図３（ａ）と同様にして強誘電体結晶を材料とする基板１００を準備する。
次に、図４（ｂ）に示したように、第１入力側光導波路形成段階、第２入力側光導波路形成段階、及び出力側光導波路形成段階における金属膜形成段階において、基板１００における強誘電体結晶の層の表面に金属膜の一例であるチタン膜３００ａ〜ｃを形成する。ここで、出力側光導波路形成段階における金属膜形成段階においては、第１入力側光導波路形成段階及び第１入力側光導波路形成段階と比較し、より薄いチタン膜３００ｃを形成することにより、光導波路の単位長さ当たりにおける金属の量を少なくする。このチタン膜３００ｃは、チタン膜３００ａ〜ｂと同一の幅であってもよい。

次に、図４（ｃ）に示したように、第１入力側光導波路形成段階、第２入力側光導波路形成段階、及び出力側光導波路形成段階における拡散段階において、チタン膜３００ａ〜ｃを基板１００に拡散して、基板１００における強誘電体結晶の層に埋め込まれた第１入力側光導波路１３０、第２入力側光導波路１４０、及び出力側光導波路１６０をそれぞれ形成する。なお、光結合部１５０を形成する光結合部形成段階においても、例えば上記の金属膜形成段階及び拡散段階と同様にして光結合部１５０を形成する。

以上に示した光結合器１２０の製造方法によれば、基板１００上に、第１入力側光導波路１３０、第２入力側光導波路１４０、及び、これらと比較し幅又は断面積が小さい出力側光導波路１６０を形成することができ、良好な消光比を実現する光結合器１２０を製造することができる。

図５は、本実施形態の第２変形例に係る光結合器１２０の製造方法を示す。図５（ａ）から（ｄ）は、図１における切断線１９０による断面を出力側光導波路１６０側から見た場合における、各製造段階の光結合器１２０の構造を示す。

まず、図５（ａ）に示したように、基板準備段階において、図３（ａ）と同様にして強誘電体結晶を材料とする基板１００を準備する。
次に、図５（ｂ）に示したように、第１入力側光導波路形成段階、第２入力側光導波路形成段階、及び出力側光導波路形成段階におけるマスクパターン形成段階において、基板１００の表面における第１入力側光導波路１３０、第２入力側光導波路１４０、及び出力側光導波路１６０を形成すべき部分に、開口５１０ａ〜ｃをそれぞれ有するマスクパターン５００を形成する。この際、出力側光導波路１６０を形成すべき部分における開口５１０ｃの幅を、第１入力側光導波路１３０および第２入力側光導波路１４０を形成すべき部分における開口５１０ａ〜ｂの幅と比較しより小さく形成しておく。

次に、図５（ｃ）に示したように、プロトン交換段階において、基板１００の表面マスクパターン５００により露出される部分を、安息香酸を成分とする液体に浸してプロトン交換し、第１入力側光導波路１３０、第２入力側光導波路１４０、及び出力側光導波路１６０を形成する。ここで、開口５１０ｃの幅は、開口５１０ａ〜ｂの幅と比較し小さいため、出力側光導波路１６０を形成すべき部分における開口５１０ｃの長さ当たりのプロトン交換量を、第１入力側光導波路１３０および第２入力側光導波路１４０を形成すべき部分における開口５１０ａ〜ｂの長さ当たりのプロトン交換量と比較しより小さくすることができる。
次に、図５（ｄ）に示したように、マスクパターン除去段階において、マスクパターン５００を除去する。

以上に示した光結合器１２０の製造方法によれば、基板１００上に、第１入力側光導波路１３０、第２入力側光導波路１４０、及び、これらと比較し幅又は断面積が小さい出力側光導波路１６０をプロトン交換により形成することができ、良好な消光比を実現する光結合器１２０を製造することができる。

なお、以上において、開口５１０ｃの幅を開口５１０ａ〜ｂの幅と比較し小さくするのに代えて、開口５１０ａ〜ｃの幅を同一とする一方、出力側光導波路１６０を形成すべき部分における開口５１０ｃに対しプロトン交換を行う時間を、第１入力側光導波路１３０及び第２入力側光導波路１４０を形成すべき部分における開口５１０ａ〜ｂに対しプロトン交換を行う時間と比較し短かくし、第１入力側光導波路１３０及び第２入力側光導波路１４０と比較し幅又は断面積が小さい出力側光導波路１６０を形成してもよい。

図６は、本実施形態に係るマッハ・ツェンダー干渉計６００の構成を示す。マッハ・ツェンダー干渉計６００は、入力された光を分岐する光分岐器６１０と、光分岐器６１０により分岐された２つの光を合波する光合波器６１５とを備える。本実施形態に係るマッハ・ツェンダー干渉計６００は、図１に示した光結合器１２０を光合波器６１５として用いる。また、マッハ・ツェンダー干渉計６００は、図１に示した光結合器１２０を光分岐器６１０として更に用いてもよい。

すなわち、光分岐器６１０は、分岐前光導波路６２０と、光分岐部６３０と、光分岐部６３０側の第１入力側光導波路１３０及び第２入力側光導波路１４０とを有する。第１入力側光導波路１３０、第２入力側光導波路１４０、光分岐部６３０、及び分岐前光導波路６２０は、光分岐器６１０として用いられる光結合器１２０における、図１に示した第１入力側光導波路１３０、第２入力側光導波路１４０、光結合部１５０、及び出力側光導波路１６０にそれぞれ対応する。分岐前光導波路６２０は、外部から入力された光を光分岐部６３０に入射させる。光分岐部６３０は、分岐前光導波路６２０から入射された光を分岐して、第１の光を第１入力側光導波路１３０に、第２の光を第２入力側光導波路１４０にそれぞれ入力する。第１入力側光導波路１３０及び第２入力側光導波路１４０は、光分岐部６３０から入力された第１の光及び第２の光を伝搬する。

光合波器６１５は、光結合部１５０側の第１入力側光導波路１３０及び第２入力側光導波路１４０と、光結合部１５０と、出力側光導波路１６０とを有する。これらの部材は、図１に示した同一符号の部材にそれぞれ対応するため、説明を省略する。

以上において、マッハ・ツェンダー干渉計６００は、分岐前光導波路６２０側から入力した光を分岐・合波した光を出力側光導波路１６０から出力すると共に、出力側光導波路１６０側から入力した光を分岐・合波した光を分岐前光導波路６２０から出力するように、双方向のマッハ・ツェンダー干渉計６００として用いられてもよい。

以上に示したマッハ・ツェンダー干渉計６００によれば、良好な消光比を実現するマッハ・ツェンダー干渉計を提供することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

本発明の実施形態に係る光結合器１２０の構成を示す。本発明の実施形態に係る光結合器１２０により放射される光波２７０を、（ａ）従来の構成、（ｂ）本実施形態の構成のそれぞれについて示す。本発明の実施形態に係る光結合器１２０の製造方法を示す。（ａ）は基板準備段階、（ｂ）は金属膜形成段階、（ｃ）は拡散段階をそれぞれ示す。本発明の実施形態の第１変形例に係る光結合器１２０の製造方法を示す。（ａ）は基板準備段階、（ｂ）は金属膜形成段階、（ｃ）は拡散段階をそれぞれ示す。本発明の実施形態の第２変形例に係る光結合器１２０の製造方法を示す。（ａ）は基板準備段階、（ｂ）はマスクパターン形成段階、（ｃ）はプロトン交換段階、（ｄ）はマスクパターン除去段階をそれぞれ示す。本発明の実施形態に係るマッハ・ツェンダー干渉計６００の構成を示す。

符号の説明

１００基板
１２０光結合器
１３０第１入力側光導波路
１４０第２入力側光導波路
１５０光結合部
１６０出力側光導波路
１９０切断線
２６０出力側光導波路
２７０光波
２８０光波
３００ａ〜ｃチタン膜
５００マスクパターン
５１０ａ〜ｃ開口
６００マッハ・ツェンダー干渉計
６１０光分岐器
６１５光合波器
６２０分岐前光導波路
６３０光分岐部

Claims

外部から入力された第１の光及び第２の光を合成して出力するＹ分岐型の光結合器であって、
外部から入力された前記第１の光を伝搬する第１入力側光導波路と、
外部から入力された前記第２の光を伝搬する第２入力側光導波路と、
前記第１の光及び前記第２の光を合成した合成光を出力する光結合部と、
前記合成光を伝搬して端部から出力する出力側光導波路と
を備え、
前記出力側光導波路は、前記第１入力側光導波路及び前記第２入力側光導波路と比較して、光導波路内を伝搬する光を光導波路の外周に放射する単位長さ当たりの比率が高い
光結合器。
前記出力側光導波路は、前記第１入力側光導波路及び前記第２入力側光導波路と比較して、幅が小さい請求項１記載の光結合器。
前記出力側光導波路は、前記第１入力側光導波路及び前記第２入力側光導波路と比較して、断面積が小さい請求項１記載の光結合器。
前記第１入力側光導波路、前記第２入力側光導波路、及び前記出力側光導波路は、強誘電体結晶を材料とする基板における光導波路を形成すべき部分に金属を拡散することにより形成され、
前記出力側光導波路は、前記第１入力側光導波路及び前記第２入力側光導波路と比較し、長さ当たりの金属の拡散量が小さい
請求項１記載の光結合器。
前記第１入力側光導波路、前記第２入力側光導波路、及び前記出力側光導波路は、リチウム・ナイオベートを材料とする基板における光導波路を形成すべき部分にチタンを拡散することにより形成され、
前記出力側光導波路は、前記第１入力側光導波路及び前記第２入力側光導波路と比較し、長さ当たりのチタンの拡散量が小さい
請求項４記載の光結合器。
前記第１入力側光導波路、前記第２入力側光導波路、及び前記出力側光導波路は、強誘電体結晶を材料とする基板における光導波路を形成すべき部分をプロトン交換することにより形成され、
前記出力側光導波路は、前記第１入力側光導波路及び前記第２入力側光導波路と比較し、長さ当たりのプロトン交換量が小さい
請求項１記載の光結合器。
入力された光を分岐する光分岐器と、分岐された２つの光を合波する光合波器とを備え、請求項１記載の光結合器を前記光合波器として用いるマッハ・ツェンダー干渉計。
請求項１記載の光結合器を前記光分岐器として更に用いるマッハ・ツェンダー干渉計。
外部から入力された第１の光及び第２の光を合成して出力するＹ分岐型の光結合器の製造方法であって、
外部から入力された前記第１の光を伝搬する第１入力側光導波路を形成する第１入力側光導波路形成段階と、
外部から入力された前記第２の光を伝搬する第２入力側光導波路を形成する第２入力側光導波路形成段階と、
前記第１の光及び前記第２の光を合成した合成光を出力する光結合部を形成する光結合部形成段階と、
前記合成光を伝搬して端部から出力する出力側光導波路を形成する出力側光導波路形成段階と
を備え、
前記出力側光導波路形成段階は、前記第１入力側光導波路及び前記第２入力側光導波路と比較して、光導波路内を伝搬する光を光導波路の外周に放射する単位長さ当たりの比率が高い前記出力側光導波路を形成する
光結合器の製造方法。
前記第１入力側光導波路形成段階、前記第２入力側光導波路形成段階、及び前記出力側光導波路形成段階のそれぞれは、
強誘電体結晶を材料とする基板の表面における光導波路を形成すべき部分に金属膜を形成する金属膜形成段階と、
前記金属膜を前記基板に拡散して、光導波路を形成する拡散段階と
を有し、
前記出力側光導波路形成段階における前記金属膜形成段階は、前記第１入力側光導波路形成段階及び前記第２入力側光導波路形成段階と比較し、より幅の小さい前記金属膜を形成する
請求項９記載の光結合器の製造方法。
前記第１入力側光導波路形成段階、前記第２入力側光導波路形成段階、及び前記出力側光導波路形成段階のそれぞれは、
強誘電体結晶を材料とする基板の表面における光導波路を形成すべき部分に金属膜を形成する金属膜形成段階と、
前記金属膜を前記基板に拡散して、光導波路を形成する拡散段階と
を有し、
前記出力側光導波路形成段階における前記金属膜形成段階は、前記第１入力側光導波路形成段階及び前記第２入力側光導波路形成段階と比較し、より薄い前記金属膜を形成する
請求項９記載の光結合器の製造方法。
前記金属膜形成段階は、リチウム・ナイオベートを材料とする基板の表面にチタン膜を形成し、
前記拡散段階は、前記チタン膜を前記基板に拡散して、光導波路を形成する
請求項１０又は請求項１１記載の光結合器の製造方法。
前記第１入力側光導波路形成段階、前記第２入力側光導波路形成段階、及び前記出力側光導波路形成段階のそれぞれは、
強誘電体結晶を材料とする基板の表面における光導波路を形成すべき部分に金属膜を形成する金属膜形成段階と、
前記金属膜を前記基板に拡散して、光導波路を形成する拡散段階と
を有し、
前記第１入力側光導波路形成段階、前記第２入力側光導波路形成段階、及び前記出力側光導波路形成段階における前記金属膜形成段階は、
前記基板に金属膜を積層する金属膜積層段階と、
前記基板に積層した前記金属膜上に、前記第１入力側光導波路、前記第２入力側光導波路、及び前記出力側光導波路を形成すべき部分をマスクするマスクパターンを形成するマスクパターン形成段階と、
前記基板に積層した前記金属膜における、前記マスクパターンによりマスクされていない部分を除去することにより、光導波路を形成すべき部分に前記金属膜を形成する除去段階と
を含み、
前記出力側光導波路を形成すべき部分をマスクするマスクパターンは、前記第１入力側光導波路及び前記第２入力側光導波路を形成すべき部分をマスクするマスクパターンと比較し、より幅が小さい
請求項９記載の光結合器の製造方法。
前記第１入力側光導波路形成段階、前記第２入力側光導波路形成段階、及び前記出力側光導波路形成段階は、
強誘電体結晶を材料とする基板の表面に、前記第１入力側光導波路、前記第２入力側光導波路、及び前記出力側光導波路を形成すべき部分に開口を有するマスクパターンを形成するマスクパターン形成段階と、
前記基板の表面における前記マスクパターンにより露出される部分をプロトン交換して、前記第１入力側光導波路、前記第２入力側光導波路、及び前記出力側光導波路を形成するプロトン交換段階と
を有し、
前記マスクパターン形成段階は、前記出力側光導波路を形成すべき部分における前記開口の幅を、前記第１入力側光導波路および前記第２入力側光導波路を形成すべき部分における前記開口の幅と比較しより小さく形成する
請求項９記載の光結合器の製造方法。
前記第１入力側光導波路形成段階、前記第２入力側光導波路形成段階、及び前記出力側光導波路形成段階は、
強誘電体結晶を材料とする基板の表面に、前記第１入力側光導波路、前記第２入力側光導波路、及び前記出力側光導波路を形成すべき部分に開口を有するマスクパターンを形成するマスクパターン形成段階と、
前記基板の表面における前記マスクパターンにより露出される部分をプロトン交換して、前記第１入力側光導波路、前記第２入力側光導波路、及び前記出力側光導波路を形成するプロトン交換段階と
を有し、
前記プロトン交換段階は、前記出力側光導波路を形成すべき部分における前記開口の長さ当たりのプロトン交換量を、前記第１入力側光導波路および前記第２入力側光導波路を形成すべき部分における前記開口の長さ当たりのプロトン交換量と比較しより小さくする
請求項９記載の光結合器の製造方法。