JP2006047956A - 導波路型光デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、小型で低損失な導波路型光デバイスを提供する。
【解決手段】本発明によると、基板（１）上に光導波路（２）が形成されていて、前記光導波路（２）が機能光導波路（２ｃ−１、２ｃ−２）を具備し、前記基板の長手方向側の端である基板端面（１ａ、１ｂ）に光導波路の光入力用端面（２ｆ）及び光出力用端面 （２ｇ）の少なくとも一方が設けられている導波路型光デバイスにおいて、前記光入力用端面（２ｆ）と前記機能光導波路（２ｃ−１、２ｃ−２）を結ぶ入力光導波路（２ａ）または前記光出力用端面（２ｇ）と前記機能光導波路（２ｃ−１、２ｃ−２）を結ぶ出力光導波路（２ｅ）の少なくとも一方が、前記光入力用端面（２ｆ）及び光出力用端面（２ｇ）の少なくとも一方側において、前記機能光導波路（２ｃ−１、２ｃ−２）と零でない角度をなし、かつそれぞれの側の前記基板端面（１ａ、１ｂ）に対してなす角度を９０度とは異ならしめて形成されていることを特徴とする導波路型光デバイスが提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は導波路型光デバイスに係り、特に、小型で低損失な導波路型光デバイスに関する。

周知のように、光変調器において、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ_３）のように電界を印加することにより屈折率が変化する、いわゆる電気光学効果を有する基板（以下、リチウムナイオベート基板をＬＮ基板と略す）に光導波路と進行波電極を形成した進行波電極型リチウムナイオベート光変調器（以下、ＬＮ光変調器と略す）は、その優れたチャーピング特性から２．５Ｇｂｉｔ／ｓ、１０Ｇｂｉｔ／ｓの大容量光伝送システムに適用されている。

このようなＬＮ光変調器は、最近ではさらに４０Ｇｂｉｔ／ｓの超大容量光伝送システムにも適用が検討されており、大容量光伝送システムにおけるキーデバイスとして期待されている。

図７は、従来技術によるＬＮ光変調器の構成を示す上面図である。図中、参照符号１は平行四辺形状であるｚ−ｃｕｔＬＮ基板であり、参照符号１ａ、１ｂが基板の長手方向の端である基板端面、参照符号１ｃ、１ｄが基板の短手方向の端である基板側面である。

また、図中、参照符号２はＴｉを熱拡散して形成したマッハツェンダ型の光導波路であり、参照符号２ａは入力光導波路、参照符号２ｂはＹ分岐型の分岐光導波路、参照符号２ｃ−１と参照符号２ｃ−２は機能光導波路、参照符号２ｄはＹ分岐型の合波光導波路、参照符号２ｅは出力光導波路である。

また、図中、参照符号２ｆは入力光導波路２ａの光入力用端面、参照符号２ｇは出力光導波路２ｅの光出力用端面、参照符号３は電気信号源、参照符号４は進行波電極の中心電極、参照符号５ａと５ｂは接地電極、参照符号６はガラスキャピラリー、参照符号７は信号光用単一モード光ファイバである。

また、図中、参照符号１１の仮想線はパッケージ筐体を示しており、参照符号１１ａ、１１ｂはそれぞれの側の側面を示している。

なお、図７には示していないが、実際のＬＮ光変調器では入力光導波路２ａに光を入力するために入力光導波路２ａ側の光入力用端面２ｆにもガラスキャピラリーと単一モード光ファイバが固定される。

この従来技術によるＬＮ光変調器では、機能光導波路２ｃ−１、２ｃ−２を導波する光が電気信号源３から印加した電気信号と相互作用する。つまり、電気信号源３から印加した電気信号が進行波電極の中心導体４と設置電極５ａ、５ｂを介して、機能光導波路２ｃ−１、２ｃ−２を導波する光の位相が互いに逆符号となるように位相変調される結果、機能光導波路２ｃ−１、２ｃ−２の部位において、光は互いに符号が逆の位相変調を受けることになる。

図８は、図７の信号光用単一モード光ファイバ７をガラスキャピラリー６に固定した状態を示した図であり、図８の（ａ）と（ｂ）はその正面図と上面図である。

図９は，図７の信号光用単一モード光ファイバ７を固定したガラスキャピラリー６をｚ−カットＬＮ基板１の端面１ｂに固定した実装状態を示している。ここで、図中、参照符号８は紫外光を照射することにより硬化するＵＶキュア接着剤である。なお、このＵＶキュア接着剤８はｚ−カットＬＮ基板１の端面１ｂとガラスキャピラリー６および信号光用単一モード光ファイバ７の端面にも染み込んでいる。

図８および図９から分かるように、ｚ−カットＬＮ基板１の端面１ｂやガラスキャピラリー６や信号光用単一モード光ファイバ７の端面については、出力光導波路２ｅからの光がこの基板端面１ｂ（正確には、基板端面１ｂに形成された光出力用端面２ｇ）において反射され、この反射された光が再度出力光導波路２ｅに結合することを避けるために、つまり反射戻り光を除去するために基板端面１ｂを斜めにカットされている。

以下では、説明を分かりやすくするために、図９に示すように、出力光導波路２ｅはｚ−カットＬＮ基板１の側面１ｃ，１ｄ（あるいはパッケージ筺体側面１１ａ、１１ｂ）に平行とする。

図１０は、図７のｚ−カットＬＮ基板１の基板端面１ｂ（正確には、基板端面１ｂに形成された光出力用端面２ｇであるが、簡単のため以下においては基板端面１ｂと略す）において光が屈折される様子を示している。

出力光導波路２ｅは基板側面１ｃ，１ｄ（あるいはパッケージ筐体側面１１ａ、１１ｂ）に平行としたので、ｚ−カットＬＮ基板１の端面１ｂはｚ−カットＬＮ基板１の側面１ｃ，１ｄへの垂線（あるいはパッケージ筺体側面１１ａ、１１ｂへの垂線）に対してθ_０だけ傾いている。

なお、θ_０は換言するとｚ−カットＬＮ基板１の端面１ｂへの垂線１０と出力光導波路２ｅを伝搬する光のなす角度とも言える。ここで、ｎ_ＬＮは出力光導波路２ｅの等価屈折率である。なお、ＵＶキュア接着剤８の屈折率と信号光用単一モード光ファイバ７の等価屈折率は等しいと考えてｎ_２として表している。

出力光導波路２ｅを伝搬してきた光はｚ−カットＬＮ基板１の端面１ｂ（前述のように、正確には基板端面１ｂに形成された光出力用端面２ｇであるが、簡単のため以下においては基板端面１ｂと略す）においてスネルの法則により屈折する。

ここで、ｚ−カットＬＮ基板１の端面において屈折して伝搬する光が垂線１０となす角度をΘとする。図中、Δθ（＝Θ−θ_０）は基板端面１ｂにおいて屈折した光とｚ−カットＬＮ基板１の側面１ｃ，１ｄ（あるいはパッケージ筺体側面１１ａ、１１ｂ）に平行な線とがなす角度である。

図１０から分かるように、一般に、出力光導波路２ｅはｚ−カットＬＮ基板１の側面１ｃ，１ｄ（あるいはパッケージ筺体側面１１ａ、１１ｂ）に平行となるように設計されているので、ｚ−カットＬＮ基板１の側面１ｃ、１ｄへの垂線やパッケージ筺体１１の側面１１ａ、１１ｂへの垂線に対して、θ_０の角度で傾いた基板端面１ｂにおいてスネルの法則に基づいて屈折した光のΔθは零とはならない。

つまり、基板端面１ｂにおいて屈折した光はｚ−カットＬＮ基板１の側面１ｃ，１ｄ （あるいはパッケージ筺体側面１１ａ、１１ｂ）に平行な線に対しΔθの角度を持って伝搬する。

よく知られているように、波長λでスポットサイズｗのガウシアンビームが角度Δθの角度ずれをもって結合する場合の結合効率ηは次の式により与えられる（非特許文献１参照）。

η＝ｅｘｐ（−（π・ｗ・Δθ／λ）^２） …（１）
つまり、信号光用単一モード光ファイバ７をｚ−カットＬＮ基板１の側面１ｃ，１ｄ （あるいはパッケージ筺体側面１１ａ、１１ｂ）に平行に設置する場合には、基板端面１ｂにおいて屈折した光と信号光用単一モード光ファイバ７の光軸にはΔθだけ傾きのずれが生じ、その結果、屈折した光が信号光用単一モード光ファイバ７に結合する際に（１）式で表される結合損失が発生することになる。

従って、この角度ずれによる光の損失の増加を抑えるには、図９に示すように、信号光用単一モード光ファイバ７をパッケージ筐体側面１１ａ，１１ｂに対して斜めに固定する必要がある。

図１１は、図７の信号光用単一モード光ファイバ７とガラスキャピラリー６をパッケージ筺体１１内に実装した状態の上面図を示している。図中、参照符号１１はパッケージ筺体、参照符号１２はファイバ被覆材、参照符号１３は気密封止用の半田材、参照符号１４はパッケージ筺体１１の筒部、参照符号１５は信号光用単一モード光ファイバ７のファイバ被覆材１２をパッケージ筺体１１の筒部１４に固定している接着剤である。

前述したように、信号光用単一モード光ファイバ７はｚ−カットＬＮ基板１の端面１ｂに大きな角度で斜めに固定されているので、パッケージ筺体１１の筒部１４の中において、信号光用単一モード光ファイバ７とファイバ被覆材１２とは大きな角度で斜めになっている。
河野 健治著，「光デバイスのための光結合系の基礎と応用」，第２版，現代工学社，１９９８年６月，ｐ．４５，ｐ．１６８

さて、信号光用単一モード光ファイバ７とガラスキャピラリ６をｚ−カットＬＮ基板１の端面１ｂに固定する際には出力光導波路２ｅと信号光用単一モード光ファイバ７の光軸を一致させるために、信号光用単一モード光ファイバ７を光軸と直交する方向及び光軸方向に位置調整する必要がある。

ところが、前述したように、図１１に示した従来技術では、信号光用単一モード光ファイバ７とそのファイバ被覆材１２がパッケージ筺体１１の筒部１４の中でも斜めになっている。

そして、信号光用単一モード光ファイバ７を実装する際には、ｚ−カットＬＮ基板１の側面１ｃ，１ｄやパッケージ筺体１１の側面１１ａ、１１ｂが実装の基準線となるので、そもそも信号光用単一モード光ファイバ７をこれらの基準線に対し大きな角度で斜めに位置させて調整および実装することは技術的に困難である。

また、信号光用単一モード光ファイバ７の傾きが大きいので、充分な位置調整のマージンを確保するためには、信号光用単一モード光ファイバ７が通る穴の直径Ｄ_１も２ｍｍ程度と大きくなり、また筒部１４の内径Ｄ_２も５ｍｍ程度と大きくなってしまう。

従って、気密封止のための半田材１３も多量に使う必要があり、これらを溶かすために筒部１４を数１０秒の間２００℃以上の高い温度に保つので、高熱に弱いファイバ被覆材が変質してしまうという問題がある。

以上のように、従来技術では、ＬＮ基板端面から出力される光はＬＮ基板の側面（あるいはパッケージ筺体の側面）の方向に対して斜めに出力されていたため、信号光用単一モード光ファイバもパッケージ筺体に大きな角度で斜めに固定されている。

その結果、以上のような従来技術では、信号光用単一モード光ファイバの位置調整が困難であり、あるいは位置調整を充分には行うことができず、さらには、位置調整を充分に行おうとすると、パッケージ筺体の筒部の内径が大きくなり、そしてファイバ被覆材を損傷せずに気密封止をすることが困難であるという問題がある。

このため、単一モード光ファイバの斜めの角度を小さくすることを含め、信号光用単一モード光ファイバの位置調整作業と固定作業を含む実装を容易に行うことのできる構造の開発が望まれている。

そこで、本発明は、以上のような従来技術による問題点を解消して、小型で低損失な導波路型光デバイスを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１によれば、
基板（１）上に光導波路（２）が形成されていて、前記光導波路（２）が機能光導波路（２ｃ−１、２ｃ−２）を具備し、前記基板の長手方向側の端である基板端面（１ａ、１ｂ）に光導波路の光入力用端面（２ｆ）及び光出力用端面（２ｇ）の少なくとも一方が設けられている導波路型光デバイスにおいて、
前記光入力用端面（２ｆ）と前記機能光導波路（２ｃ−１、２ｃ−２）を結ぶ入力光導波路（２ａ）または前記光出力用端面（２ｇ）と前記機能光導波路（２ｃ−１、２ｃ−２）を結ぶ出力光導波路（２ｅ）の少なくとも一方が、
前記機能光導波路（２ｃ−１、２ｃ−２）と零でない角度をなし、かつそれぞれの側の前記基板端面（２ｆ、２ｇ）に対してなす角度を９０度とは異ならしめて形成されていることを特徴とする導波路型光デバイスが提供される。

また、本発明の請求項２によれば、
前記光入力用端面（２ｆ）へ入力される光または前記光出力用端面（２ｇ）から出力される光の少なくとも一方と前記基板（１）の短手方向側の端である基板側面（１ｃ、１ｄ）あるいは前記基板が収納されるべきパッケージ筺体（１１）の短手方向側のパッケージ筺体側面（１１ａ、１１ｂ）とのなす角度が所望の角度となるように、
前記光入力用端面（２ｆ）を構成する入力光導波路（２ａ）または前記光出力用端面 （２ｇ）を構成する出力光導波路（２ｅ）の少なくとも一方と前記機能光導波路（２ｃ−１、２ｃ−２）とのなす角度を零とは異ならしめるとともに、かつそれぞれの側の前記基板端面（２ｆ、２ｇ）に対してなす角度を９０度とは異ならしめて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の導波路型光デバイスが提供される。

また、本発明の請求項３によれば、
前記光入力用端面（２ｆ）へ入力される光または前記光出力用端面（２ｇ）から出力される光の少なくとも一方と前記基板（１）の短手方向側の端である基板側面（１ｃ、１ｄ）あるいは前記基板が収納されるべきパッケージ筺体（１１）の短手方向側のパッケージ筺体側面（１１ａ、１１ｂ）とのなす角度の絶対値が、
前記入力光導波路（２ａ）または出力光導波路（２ｅ）の少なくとも一方が前記機能光導波路（２ｃ−１、２ｃ−２）と平行な場合に、前記光入力用端面（２ｆ）へ入力される光または前記光出力用端面（２ｇ）から出力される光が前記基板の短手方向側の端である基板側面（１ｃ、１ｄ）あるいは前記基板（１）が収納されるべきパッケージ筺体（１１）の短手方向側のパッケージ筺体側面（１１ａ、１１ｂ）となす角度の絶対値よりも小さくなるように、
前記入力光導波路（２ａ）または前記出力光導波路（２ｅ）の少なくとも一方が前記機能光導波路（２ｃ−１、２ｃ−２）となす角度を零とは異ならしめるとともに、かつそれぞれの側の前記基板端面（２ｆ、２ｇ）に対してなす角度を９０度とは異ならしめて形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の導波路型光デバイスが提供される。

また、本発明の請求項４によれば、
前記光入力用端面（２ｆ）へ入力される光または前記光出力用端面（２ｇ）から出力される光が前記基板（１）の短手方向側の端である基板側面（１ｃ、１ｄ）あるいは前記基板が収納されるべきパッケージ筺体（１１）の短手方向側のパッケージ筺体側面（１１ａ、１１ｂ）と平行な方向に入力あるいは出力されるように、
前記光入力光導波路（２ａ）または前記出力光導波路（２ｅ）の少なくとも一方と前記機能光導波路（２ｃ−１、２ｃ−２）とのなす角度を零とは異ならしめるとともに、それぞれの側の前記基板端面に対してなす角度を９０度とは異ならしめて形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の導波路型光デバイスが提供される。

また、本発明の請求項５によれば、
前記光入力用端面の近傍または前記光出力用端面の近傍に単一モード光ファイバ（７）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の導波路型光デバイスが提供される。

また、本発明の請求項５によれば、
前記光入力用端面の近傍または前記光出力用端面の近傍に単一モード光ファイバ（７）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の導波路型光デバイスが提供される。

また、本発明の請求項６によれば、
前記入力光導波路（２ａ）又は前記出力光導波路（２ｅ）の等価屈折率、もしくは前記基板の屈折率をｎ_１とし、
前記入力光導波路（２ａ）又は前記出力光導波路（２ｅ）が接する媒質の屈折率、もしくは等価屈折率をｎ_２とし、
前記光入力用端面（２ｆ）又は前記光出力用端面（２ｇ）が前記基板側面への垂線となす角度をθ_０Ａとし、
前記入力光導波路又は前記出力光導波路が前記基板側面となす角度をθ_１Ａとし、
前記入力光導波路（２ａ）に入射する光、もしくは前記出力光導波路（２ｅ）から出射される光と機能光導波路（２ｃ−１、２ｃ−２）とのなす角度をΔθとし、
前記ΔθがΔθ＝（θ_０Ａ−θ_１Ａ）ｎ_１／ｎ_２−θ_０Ａで与えられる場合に、
前記入力光導波路（２ａ）へ入射する光と前記短手方向側の前記パッケージ筺体側面（１１ａ、１１ｂ）とのなす角度もしくは前記出力光導波路（２ｅ）から出力する光と前記短手方向側の前記パッケージ筺体側面（１１ａ、１１ｂ）とのなす角度が所望の角度となるように、
前記θ_１Ａと前記（θ_０Ａ−θ_１Ａ）を零とは異ならしめていることを特徴とする請求項２に記載の導波路型光デバイスが提供される。

また、本発明の請求項７によれば、
前記入力光導波路（２ａ）又は前記出力光導波路（２ｅ）の等価屈折率、もしくは前記基板（１）の屈折率をｎ_１とし、
前記入力光導波路（２ａ）又は前記出力光導波路（２ｅ）が接する媒質の屈折率、もしくは等価屈折率をｎ_２とし、
前記光入力用端面（２ｆ）又は前記光出力用端面（２ｇ）が前記基板側面への垂線となす角度をθ_０Ａとし、
前記入力光導波路又は前記出力光導波路が前記基板側面となす角度をθ_１Ａとし、
前記入力光導波路（２ａ）に入射する光、もしくは前記出力光導波路（２ｅ）から出射する光と機能光導波路（２ｃ−１、２ｃ−２）とのなす角度をΔθとし、
前記ΔθがΔθ＝（θ_０Ａ−θ_１Ａ）ｎ_１／ｎ_２−θ_０Ａで与えられる場合に、
前記Δθの絶対値が、前記θ_１Ａの値を零とした場合の前記Δθの絶対値よりも小さくなるように、
前記θ_１Ａを零とは異ならしめていることを特徴とする請求項３に記載の導波路型光デバイスが提供される。

また、本発明の請求項８によれば、
前記入力光導波路又は前記出力光導波路の等価屈折率、もしくは前記基板の屈折率をｎ_１とし、
前記入力光導波路又は前記出力光導波路が接する媒質の屈折率、もしくは等価屈折率をｎ_２とし、
前記光入力用端面又は前記光出力用端面が前記基板側面への垂線となす角度をθ_０Ａとし、
前記光入力用端面又は前記光出力用端面が前記パッケージ筐体側面への垂線となす角度をθ_０Ｂとし、
前記入力光導波路又は前記出力光導波路が前記基板側面となす角度をθ_１Ａとし、
前記入力光導波路又は前記出力光導波路が前記パッケージ筐体側面となす角度をθ_１Ｂとした場合に、
前記ｎ_１、前記ｎ_２、前記θ_０Ａ、前記θ_１Ａがθ_０Ａ＝ｎ_１θ_１Ａ／（ｎ_１−ｎ_２）の関係を満たす、あるいは前記ｎ_１、前記ｎ_２、前記θ_０Ｂ、前記θ_１Ｂがθ_０Ｂ＝ｎ_１θ_１Ｂ／（ｎ_１−ｎ_２）の関係を満たすことを特徴とする請求項４に記載の導波路型光デバイスが提供される。

本発明による導波路型光デバイスの代表的な実施形態によれば、光は導波路型光デバイスの基板の端面から、基板の側面（あるいはパッケージ筺体の側面）に平行な方向に光が出力あるいは入力されるので、光出力用や光入力用の単一モード光ファイバとの結合損失を小さくすることができる。

また、本発明による導波路型光デバイスの代表的な実施形態によれば、光を出力もしくは入力するための単一モード光ファイバを、導波路型光デバイスの基板の側面（あるいはパッケージ筺体の側面）に平行に取り付けることができ、さらにはパッケージ筺体の側面に平行な光を基板の端面に出力や入力できるので、光の挿入損失を増加することなく、容易に光ファイバの実装を行うことが可能であるとともに、パッケージ筐体を小型化できるという優れた利点も有している。

また、本発明のその他の実施形態を用いることにより、導波路型光デバイスの基板の端面から、所望の角度あるいは比較的浅い角度を持って光が出力あるいは入力されるので、光出力用や光入力用の単一モード光ファイバとの結合損失を小さくすることができる。

また、本発明のその他の実施形態によれば、光を出力もしくは入力するための単一モード光ファイバを、導波路型光デバイスの基板の側面（あるいはパッケージ筺体の側面）に対して所望の角度、あるいは比較的浅い角度を持って取り付けることができるので、光の挿入損失を増加することなく、容易に光ファイバの実装を行うことが可能であるとともに、パッケージ筐体を小型化できるという優れた利点も有る。

以下、本発明の実施形態について説明するが、図７乃至図１１に示した従来技術と同じ番号は同じ部位に対応しているため、ここでは同じ番号を持つ部位の説明を省略する。

［第１実施形態］
図１は、本発明による導波路型光デバイスの第１実施形態の構成を示す上面図である。図２は、後述するように、図１の要部の構成を示す上面図である。図３は、図１の導波路型光デバイスのその原理図を示している。

図２は、信号光用単一モード光ファイバ７を固定したガラスキャピラリー６をｚ−ｃｕｔＬＮ基板１の端面１ｂに固定した実装状態を示している。図中、参照符号８は紫外光を照射することにより硬化するＵＶキュア接着剤であり、ｚ−カットＬＮ基板１の端面１ｂとガラスキャピラリー６および信号光用単一モード光ファイバ７の端面の間にも染み込んでいる。

なお、入力光導波路２ａに光を入力する場合も出力光導波路２ｅにおける構造と同じであるので、これについては省略することとし、以降においては、出力光導波路から光を出力する場合について説明をするものとする。

図２及び図３に示すように、出力光導波路２ｅを伝搬してきた光はｚ−カットＬＮ基板１の端面１ｂにおいてスネルの法則により屈折する。

本発明の第１実施形態では、図３に示すように、出力光導波路２ｅの光軸をｚ−カットＬＮ基板１の側面１ｃ，１ｄ（あるいはパッケージ筺体側面１１ａ、１１ｂ）に対してθ_１だけ傾けており、その結果、出力光導波路を伝搬する光の光軸もθ_１の傾きを持っている。ｚ−カットＬＮ基板１の端面１ｂはｚ−カットＬＮ基板１の側面への垂線（あるいはパッケージ筺体側面１１ａ，１１ｂへの垂線）に対してθ_０だけ傾いている。

以下に説明するように、本発明の各実施形態では出力光導波路２ｅの光軸の傾きθ_１と基板端面１ｂの傾きθ_０が重要な働きをする。

ここで、ｎ_ＬＮは出力光導波路２ｅの等価屈折率である。ＵＶキュア接着剤８は出力光導波路２ｅと信号光用単一モード光ファイバ７の接合部に染み込んでいると仮定したので、ＵＶキュア接着剤８の屈折率と信号光用単一モード光ファイバ７の等価屈折率は等しいとし、ｎ_２として表している。

図１０に示した従来技術と同様に、ｚ−カットＬＮ基板１の端面１ｂにおいて屈折して伝搬する光がｚ−カットＬＮ基板１の端面１ｂへの垂線１０となす角度をΘとする。

図中、Δθ（＝Θ−θ_０）は基板端面１ｂにおいて屈折した光とｚ−カットＬＮ基板１の側面１ｃ，１ｄ（あるいはパッケージ筺体側面１１ａ，１１ｂ）に平行な線とがなす角度である。

スネルの法則から図３において、次式が成立する。

ｎ_ＬＮ（θ_０−θ_１）＝ｎ_２Θ …（２）
ここで、Θ＝θ_０＋Δθであることを考えると、
ｎ_ＬＮ（θ_０−θ_１）＝ｎ_２（θ_０＋Δθ） …（３）
が成り立つ。よって、θ_０とΔθの間には関係式
θ_０＝（ｎ_ＬＮθ_１＋ｎ_２Δθ）／（ｎ_ＬＮ−ｎ_２） …（４）
あるいは
Δθ＝（θ_０−θ_１）ｎ_ＬＮ／ｎ_２−θ_０ …（４−１）
が成り立つ。

さらに、Δθ＝０の場合には
θ_０＝（ｎ_ＬＮθ_１）／（ｎ_ＬＮ−ｎ_２） …（５）
が成立する。

例えば、ｚ−カットＮ基板１に形成した出力光導波路２ｅの等価屈折率ｎ_ＬＮと、信号光用単一モード光ファイバ７及びこれを固定するためのＵＶキュア接着剤の屈折率ｎ_２を各々ｎ_ＬＮ＝２．１４、ｎ_２＝１．４５とすると、以下の式を得る。

θ_０＝（２．１４θ_１＋１．４５Δθ）／（２．１４−１．４５）
＝３．１０θ_１＋２．１０Δθ …（６）
Δθ＝０の場合には
θ_０＝３．１０θ_１＋２．１０Δθ …（７）
となる。

一例として、ｚ−カットＬＮ基板１の側面１ｃ，１ｄ（あるいはパッケージ筺体側面１１ａ，１１ｂ）に対する出力光導波路の傾きθ_１が３°の場合を考える。基板端面１ｂから出力された光がｚ−カットＬＮ基板１の側面１ｃ，１ｄ（あるいはパッケージ筺体側面１１ａ，１１ｂ）に対して平行、つまり（７）式から、Δθ＝０とするためにはｚ−カットＬＮ基板１の側面１ｃ，１ｄへの垂線（あるいはパッケージ筺体側面１１ａ，１１ｂへの垂線）に対する基板端面１ｂの角度θ_０を９．３度とすれば良いことになる。

なお、出力光導波路２ｅの等価屈折率ｎ_ＬＮがｚ−カットＬＮ基板１の屈折率にほぼ等しい場合には、（２）式から（５）式の中における出力光導波路の等価屈折率ｎ_ＬＮをｚ−カットＬＮ基板１の屈折率により置き換えることができる。

この第１の実施形態おいては、出力光導波路２ｅの傾きθ_１と基板端面１ｂの傾きθ_０を最適な角度に傾けることにより、（４）式においてΔθ＝０となり、（５）式が成り立つ。つまり、信号光用単一モード光ファイバ７の光軸をｚ−カットＬＮ基板１の側面１ｃ，１ｄ（あるいはパッケージ筺体側面１１ａ，１１ｂ）に対して平行にすることが可能となる。

図４は、図１の導波路型光デバイスにおいて、信号光用単一モード光ファイバ７とガラスキャピラリー６を実装した状態の上面図を示す。図中、参照符号１１はパッケージ筺体、１２はファイバ被覆材、１３は気密封止用の半田材であり、部分的にメタライズした信号光用単一モード光ファイバ７とパッケージ筺体を半田材９により接合することにより、気密を保っている。

また、図中、参照符号１５は信号光用単一モード光ファイバ７のファイバ被覆材１２をパッケージ筺体１１の筒部１４に固定している接着剤である。

本発明の第１実施形態では、出力光導波路２ｅの傾きθ_１に対して出力光導波路２ｅの等価屈折率ｎ_ＬＮとＵＶキュア接着剤の屈折率ｎ_２を考慮して基板端面１ｂの傾きθ_０を適切に設定することにより、Δθ＝０、つまり（５）式が成り立ち、信号光用単一モード光ファイバ７をｚ−カットＬＮ基板１の側面１ｃ，１ｄ（あるいはパッケージ筺体側面１１ａ，１１ｂ）に平行に固定することが可能となる。

なお、図４において、パッケージ筐体側面１１ａ、１１ｂはパッケージ筐体１１の内壁を指しているが、内壁と外壁がほぼ平行な場合には外壁を指しても良いことは言うまでもない。

さて、図１１に示した従来技術において説明したように、信号光用単一モード光ファイバ７とガラスキャピラリ６をｚ−カットＬＮ基板１の端面１ｂに固定する際、結合損失の増加を抑えるためには出力光導波路２ｅと信号光用単一モード光ファイバ７の光軸を一致させることが不可欠となり、そのため信号光用単一モード光ファイバ７を大きな角度のまま光軸と直交する方向と光軸方向に位置的に調整する必要がある。

一方、前述のように、本発明の第１の実施形態では、信号光用単一モード光ファイバ７をｚ−カットＬＮ基板１の側面１ｃ，１ｄ（あるいはパッケージ筺体側面１１ａ，１１ｂ）に対して平行に固定することができる。信号光用単一モード光ファイバ７を位置調整・固定する際に前述のようにｚ−カットＬＮ基板１の側面１ｃ，１ｄ（あるいはパッケージ筺体側面１１ａ，１１ｂ）を基準線として使用できるため、これらの作業を容易とすることができる。

さらに、信号光用単一モード光ファイバ７が通る穴の直径Ｄ_１も１ｍｍ程度と小さくて良く、また筒部１４の直径Ｄ_２も２ｍｍ程度と小さくて済むため、気密封止のための半田材１３も少量で良く、またこれを溶かすためには筒部１４を瞬間的に高温に上げれば良いので、高熱に弱いファイバ被覆材１２が変質するという問題も解決することができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態も、上記第１実施形態で示したように、（４）式においてΔθ＝０、つまり（５）式が成り立つθ_１とθ_０との関係を満たす構成である。この第２実施形態では、第１実施形態のようにガラスキャピラリー６を介して信号光用単一モード光ファイバ７をｚ−カットＬＮ基板１の端面１ｂに固定する方法のみでなく、基板端面１ｂから出力される光が空間を伝搬する構造、つまりレンズを用いる光学系にも適用することが可能である。

図５は、本発明の第２の実施形態において、信号光用単一モード光ファイバ７を実装した状態を説明するための上面図である。図中、参照符号１６はレンズ、参照符号１７はレンズホルダ、参照符号１８はフェルール、参照符号１９はフェルールガイドである。

本発明の第２実施形が態本発明の第１の実施形態と異なる点は、ｚ−カットＬＮ基板１の端面１ｂに信号光用単一モード光ファイバ７が直接結合していない点である。つまり、出力用光導波路２ｅを伝搬した光は基板端面１ｂから空気中に出力され伝搬し、レンズ１６を介して信号光用単一モード光ファイバ７に結合している。

この場合には、上記第１実施形態で示した（５）式においてｎ_２＝１と置くことにより、本発明を実現するために必要な出力光導波路２ｅの傾きθ_１と基板端面１ｂの傾きθ_０を求めることができる。

この第２の実施形態の場合には、ｚ−カットＬＮ基板１の端面１ｂから光がｚ−カットＬＮ基板１の側面１ｃ，１ｄ（あるいはパッケージ筺体側面１１ａ，１１ｂ）に平行に出力される。そのため、この光を信号光用単一モード光ファイバ７に結合する際に、レンズ１６を基板端面１ｂから空気中に出た光の光軸上に置くことが可能となるので、レンズ１６の球面収差による結合効率の劣化が少なくてすみ、また、基板端面１ｂから、光がパッケージ筺体１１の側面１１ａ，１１ｂに平行にまっすぐ出力されるので、光はパッケージ筺体１１の中を斜めには伝搬せず、パッケージ筺体１１を小さくすることができる。

さらに、本発明の第２の実施形態では、ｚ−かっとＬＮ基板１をその側面がパッケージ筺体１１の側面１１ａ，１１ｂと平行になるように設置できるので、この点からみても、パッケージ筺体１１を小型化できるという優れた利点がある。

以上の説明は、ＬＮ光変調器の出力用光導波路から信号光用単一モード光ファイバ７に向かって光が出射される場合についてである。一方、ＬＮ光変調器のもう片方の基板端面１ａにおいては入力用光導波路２ａに光が入る。これまでの説明では、この入力用光導波路２ａの側の基板端面１ａについても成り立ち、同じ考え方でＬＮ基板の側面１ｃ，１ｄ（あるいはパッケージ筺体側面１１ａ，１１ｂ）に平行な光を入力用光導波路に入力することが可能である。

なお、入力用光導波路もしくは出力用光導波路の片方のみを有する導波路型光デバイスの場合でも、本発明を適用できることは言うまでもない。

また、ｚ−カットＬＮ基板１の側面１ｃ，１ｄはパッケージ筺体１１の側面１１ａ，１１ｂに平行であるとしたが、本発明ではｚ−カットＬＮ基板１の端面１ａ、１ｂに向かう光導波路の傾き角度と基板端面１ａ、１ｂの傾き角度の関係が重要なのであり、ｚ−カットＬＮ基板１の側面１ｃ，１ｄはパッケージ筺体１１の側面１１ａ，１１ｂと平行でなくても良い。

なお、このｚ−カットＬＮ基板１の側面１ｃ，１ｄとパッケージ筺体１１の側面１１ａ，１１ｂとの両者が平行関係ではない場合には、パッケージ筺体側面１１ａ、１１ｂに平行な光の構成とすると、実装上において都合が良く、また便利である。

なお、説明中の「ＬＮ基板の側面１ｃ，１ｄ（あるいはパッケージ筺体側面１１ａ，１１ｂ）に平行」の平行度についてであるが、厳密な平行を必要としているわけではなく、ほぼ平行であれば、本発明を実施する上で問題はない。

また、入力光導波路２ａと出力光導波路２ｅが基板端面１ａ、１ｂに届く前に、途切れているいわゆる窓構造においても本発明を適用することができるのは言うまでもない。

なお、第２の実施形態において、信号光用単一モード光ファイバ７の端面を戻り光防止の目的で斜めにカットしている場合には、信号光用単一モード光ファイバ７に入力する光をその光軸に合うように傾ける必要があるが、ｚ−カットＬＮ基板１の側面１ｃ，１ｄをパッケージ筺体１１の側面１１ａ，１１ｂに平行に設置しても、出力用光導波路２ｅの傾きの角度を設定することにより、これを実現することができる。

なお、以上の説明においては、パッケージ筐体側面１１ａ，１１ｂの形状を図１乃至５に示したように均一平面と想定して説明してきたが、これに限定されるものではない。例えば、側面の一部のみに平面、あるいは基準となる部位があればよく、その部位に対し上述した基板上の光導波路の角度を設定すれば良い。

なお、本発明の全ての実施形態において、信号光用単一モード光ファイバ７をｚ−カットＬＮ基板１の側面１ｃ，１ｄ（あるいはパッケージ筺体側面１１ａ，１１ｂ）に平行には固定しない場合（つまり、図３において、Δθ＝０としない場合）には、入力光導波路２ａもしくは出力光導波路２ｅの傾きθ_１と基板端面１ｂの傾きθ_０のうち、特に入力光導波路２ａもしくは出力光導波路２ｅの傾きθ_１を適切な角度に設定することにより、入力光導波路２ａもしくは出力光導波路２ｅの傾きθ_１が零の場合と比較して、Δθの絶対値を小さく抑えることができるので、結果としてモジュールの製作性を著しく改善することができる。

また、入射光もしくは出射光を所望の角度に傾ける必要がある場合にも、特に入力光導波路２ａもしくは出力光導波路２ｅの傾きθ_１を適切な値に設定することによりそれが可能となる。

［第３実施形態］
図６は、本発明の第３の実施形態において、信号光用単一モード光ファイバ７を実装した状態を説明するための上面図である。本実施形態では、パッケージ筺体１１の筒部１４が斜めになっている場合に、基板端面１ｂから斜めに光を出射することにより、筒部１４と同様に斜めになっている信号光用単一モード光ファイバ７にｚ−カットＬＮ基板１の端面１ｂから出射される光を効率的に結合させている。

すなわち、本発明の第３の実施形態では、基板端面１ｂはｚ−カットＬＮ基板１の側面１ｃ、１ｄに対してはほぼ垂直であるが、出力用光導波路２ａが基板端面１ｂに対して斜めの角度を形成しているので、光は基板端面１ｂから斜めに出射される。

以上の説明において、光は出射側を例にとったが、入射側についても本発明を適用できることは自明である。また、ＬＮ基板としてｚ−カットＬＮ基板について説明したが、ｘ−カット基板あるいはｙ−カットＬＮ基板など各種基板を用いても良い。

さらに、基板としてＬＮ基板を想定したがリチウムタンタレートなどその他の誘電体基板、さらには半導体基板でも良いし、光変調器にとどまらず、アレー導波路格子（ＡＷＧ）フィルタなどの平面光回路（ＰＬＣ）など、その他の光導波路デバイスにも使えることは言うまでもない。

図１は、本発明による導波路型光デバイスの第１実施形態の構成を説明するために示す上面図である。 図２は、図１の要部の構成を示す上面図である。 図３は、図１の導波路型光デバイスの原理を説明するために示す図である。 図４は、図１の導波路型光デバイスにおいて、信号光用単一モード光ファイバ７とガラスキャピラリー６を実際に実装した状態を示す上面図である。 図５は、本発明の第２の実施形態において、信号光用単一モード光ファイバ７を実装した状態を説明するための上面図である。 図６は、本発明の第３の実施形態において、信号光用単一モード光ファイバ７を実装した状態を説明するための上面図である。 図７は、従来技術によるＬＮ光変調器の構成を示す上面図である。 図８は、図７の信号光用単一モード光ファイバ７をガラスキャピラリー６に固定した状態を示す図である。 図９は，図７の信号光用単一モード光ファイバ７を固定したガラスキャピラリー６をｚ−カットＬＮ基板１の端面１ｂに固定した実装状態を示す図である。 図１０は、図７のｚ−カットＬＮ基板１の基板端面１ｂにおいて光が屈折される様子を示す図である。 図１１は、図７の信号光用単一モード光ファイバ７とガラスキャピラリー６をパッケージ筺体１１内に実装した状態を示す上面図である。

符号の説明

１：ｚ−ｃｕｔＬＮ基板、
１ａ，１ｂ：基板端面、
１ｃ，１ｄ：基板側面、
１２：マッハツェンダ型の光導波路、
２ａ：入力光導波路、
２ｂ：Ｙ分岐型の分岐光導波路、
２ｃ−１，２ｃ−２：機能光導波路、
２ｄ：Ｙ分岐型の合波光導波路、
２ｅ：出力光導波路、
２ｆ：光入力用端面、
２ｇ：２ｅの光出力用端面、
３：電気信号源、
４：進行波電極の中心電極、
５ａ，５ｂ：接地電極、
６：ガラスキャピラリー、
７：信号光用単一モード光ファイバ、
８：ＵＶキュア接着剤、
１０：基板端面１ｂへの法線、
１１：パッケージ筺体、
１１ａ，１１ｂ：パッケージ筐体側面、
１２：ファイバ被覆材、
１３：気密封止用の半田材、
１４：パッケージ筺体１１の筒部、
１５：接着剤、
１６：レンズ、
１７：レンズホルダ、
１８：フェルール、
１９：フェルールガイド

Claims (8)

1. 基板（１）上に光導波路（２）が形成されていて、前記光導波路（２）が機能光導波路（２ｃ−１、２ｃ−２）を具備し、前記基板の長手方向側の端である基板端面（１ａ、１ｂ）に光導波路の光入力用端面（２ｆ）及び光出力用端面（２ｇ）の少なくとも一方が設けられている導波路型光デバイスにおいて、
   前記光入力用端面（２ｆ）と前記機能光導波路（２ｃ−１、２ｃ−２）を結ぶ入力光導波路（２ａ）または前記光出力用端面（２ｇ）と前記機能光導波路（２ｃ−１、２ｃ−２）を結ぶ出力光導波路（２ｅ）の少なくとも一方が、前記光入力用端面（２ｆ）及び光出力用端面（２ｇ）の少なくとも一方側で、
   前記機能光導波路（２ｃ−１、２ｃ−２）と零でない角度をなし、かつそれぞれの側の前記基板端面（１ａ、１ｂ）に対してなす角度を９０度とは異ならしめて形成されていることを特徴とする導波路型光デバイス。
2. 前記光入力用端面（２ｆ）へ入力される光または前記光出力用端面（２ｇ）から出力される光の少なくとも一方と前記基板（１）の短手方向側の端である基板側面（１ｃ、１ｄ）あるいは前記基板が収納されるべきパッケージ筺体（１１）の短手方向側のパッケージ筺体側面（１１ａ、１１ｂ）とのなす角度が所望の角度となるように、
   前記光入力用端面（２ｆ）を構成する入力光導波路（２ａ）または前記光出力用端面 （２ｇ）を構成する出力光導波路（２ｅ）の少なくとも一方と前記機能光導波路（２ｃ−１、２ｃ−２）とのなす角度を零とは異ならしめるとともに、かつそれぞれの側の前記基板端面（２ｆ、２ｇ）に対してなす角度を９０度とは異ならしめて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の導波路型光デバイス。
3. 前記光入力用端面（２ｆ）へ入力される光または前記光出力用端面（２ｇ）から出力される光の少なくとも一方と前記基板（１）の短手方向側の端である基板側面（１ｃ、１ｄ）あるいは前記基板が収納されるべきパッケージ筺体（１１）の短手方向側のパッケージ筺体側面（１１ａ、１１ｂ）とのなす角度の絶対値が、
   前記入力光導波路（２ａ）または出力光導波路（２ｅ）の少なくとも一方が前記機能光導波路（２ｃ−１、２ｃ−２）と平行な場合に、前記光入力用端面（２ｆ）へ入力される光または前記光出力用端面（２ｇ）から出力される光が前記基板の短手方向側の端である基板側面（１ｃ、１ｄ）あるいは前記基板（１）が収納されるべきパッケージ筺体（１１）の短手方向側のパッケージ筺体側面（１１ａ、１１ｂ）となす角度の絶対値よりも小さくなるように、
   前記入力光導波路（２ａ）または前記出力光導波路（２ｅ）の少なくとも一方が前記機能光導波路（２ｃ−１、２ｃ−２）となす角度を零とは異ならしめるとともに、かつそれぞれの側の前記基板端面（２ｆ、２ｇ）に対してなす角度を９０度とは異ならしめて形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の導波路型光デバイス。
4. 前記光入力用端面（２ｆ）へ入力される光または前記光出力用端面（２ｇ）から出力される光が前記基板（１）の短手方向側の端である基板側面（１ｃ、１ｄ）あるいは前記基板が収納されるべきパッケージ筺体（１１）の短手方向側のパッケージ筺体側面（１１ａ、１１ｂ）と平行な方向に入力あるいは出力されるように、
   前記光入力光導波路（２ａ）または前記出力光導波路（２ｅ）の少なくとも一方と前記機能光導波路（２ｃ−１、２ｃ−２）とのなす角度を零とは異ならしめて形成されているとともに、それぞれの側の前記基板端面に対してなす角度を９０度とは異ならしめて形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の導波路型光デバイス。
5. 前記光入力用端面の近傍または前記光出力用端面の近傍に単一モード光ファイバ（７）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の導波路型光デバイス。
6. 前記入力光導波路（２ａ）又は前記出力光導波路（２ｅ）の等価屈折率、もしくは前記基板の屈折率をｎ_１とし、
   前記入力光導波路（２ａ）又は前記出力光導波路（２ｅ）が接する媒質の屈折率、もしくは等価屈折率をｎ_２とし、
   前記光入力用端面（２ｆ）又は前記光出力用端面（２ｇ）が前記基板側面への垂線となす角度をθ_０Ａとし、
   前記入力光導波路又は前記出力光導波路が前記基板側面となす角度をθ_１Ａとし、
   前記入力光導波路（２ａ）に入射する光、もしくは前記出力光導波路（２ｅ）から出射される光と機能光導波路（２ｃ−１、２ｃ−２）とのなす角度をΔθとし、
   前記ΔθがΔθ＝（θ_０Ａ−θ_１Ａ）ｎ_１／ｎ_２−θ_０Ａで与えられる場合に、
   前記入力光導波路（２ａ）へ入射する光と前記短手方向側の前記パッケージ筺体側面（１１ａ、１１ｂ）とのなす角度もしくは前記出力光導波路（２ｅ）から出力する光と前記短手方向側の前記パッケージ筺体側面（１１ａ、１１ｂ）とのなす角度が所望の角度となるように、
   前記θ_１Ａと前記（θ_０Ａ−θ_１Ａ）を零とは異ならしめていることを特徴とする請求項２に記載の導波路型光デバイス。
7. 前記入力光導波路（２ａ）又は前記出力光導波路（２ｅ）の等価屈折率、もしくは前記基板（１）の屈折率をｎ_１とし、
   前記入力光導波路（２ａ）又は前記出力光導波路（２ｅ）が接する媒質の屈折率、もしくは等価屈折率をｎ_２とし、
   前記光入力用端面（２ｆ）又は前記光出力用端面（２ｇ）が前記基板側面への垂線となす角度をθ_０Ａとし、
   前記入力光導波路又は前記出力光導波路が前記基板側面となす角度をθ_１Ａとし、
   前記入力光導波路（２ａ）に入射する光、もしくは前記出力光導波路（２ｅ）から出射する光と機能光導波路（２ｃ−１、２ｃ−２）とのなす角度をΔθとし、
   前記ΔθがΔθ＝（θ_０Ａ−θ_１Ａ）ｎ_１／ｎ_２−θ_０Ａで与えられる場合に、
   前記Δθの絶対値が、前記θ_１Ａの値を零とした場合の前記Δθの絶対値よりも小さくなるように、
   前記θ_１Ａを零とは異ならしめていることを特徴とする請求項３に記載の導波路型光デバイス。
8. 前記入力光導波路又は前記出力光導波路の等価屈折率、もしくは前記基板の屈折率をｎ_１とし、
   前記入力光導波路又は前記出力光導波路が接する媒質の屈折率、もしくは等価屈折率をｎ_２とし、
   前記光入力用端面又は前記光出力用端面が前記基板側面への垂線となす角度をθ_０Ａとし、
   前記光入力用端面又は前記光出力用端面が前記パッケージ筐体側面への垂線となす角度をθ_０Ｂとし、
   前記入力光導波路又は前記出力光導波路が前記基板側面となす角度をθ_１Ａとし、
   前記入力光導波路又は前記出力光導波路が前記パッケージ筐体側面となす角度をθ_１Ｂとした場合に、
   前記ｎ_１、前記ｎ_２、前記θ_０Ａ、前記θ_１Ａがθ_０Ａ＝ｎ_１θ_１Ａ／（ｎ_１−ｎ_２）の関係を満たす、あるいは前記ｎ_１、前記ｎ_２、前記θ_０Ｂ、前記θ_１Ｂがθ_０Ｂ＝ｎ_１θ_１Ｂ／（ｎ_１−ｎ_２）の関係を満たすことを特徴とする請求項４に記載の導波路型光デバイス。

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