JP2008009314A - Optical waveguide element, optical modulator, and optical communication device - Google Patents

Optical waveguide element, optical modulator, and optical communication device Download PDF

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JP2008009314A JP2006182147A JP2006182147A JP2008009314A JP 2008009314 A JP2008009314 A JP 2008009314A JP 2006182147 A JP2006182147 A JP 2006182147A JP 2006182147 A JP2006182147 A JP 2006182147A JP 2008009314 A JP2008009314 A JP 2008009314A
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實 清野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To widely design or adjust control of a light chirp quantity. <P>SOLUTION: The optical waveguide element includes: two phase shift waveguides formed near the surface of an optical substrate; a branch waveguide connected to an input side of the two phase shift waveguides; and a merging waveguide connected to an output side of the two phase shift waveguides. The element is formed near the phase shift waveguide, and includes an electrode pair for applying an electric field to the phase shift waveguide, for varying an optical refractive index in at least the phase shift waveguide. In particular, the element unequalizes a merging ratio of optical energy in the branch waveguide or a merging ratio in the merging waveguide when absolute values of respective refractive indexes in the two phase shift waveguide are not coincident with each other. Accordingly, the chirp quantity of the optical signal output from the merging optical waveguide is controlled. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、一般に、光通信、光情報処理、光信号処理または光センサー等の分野で用いられうる光導波路素子に係り、とりわけ、基板中に設けられた光導波路を用いて変調を行う光導波路型の光変調器に関する。   The present invention generally relates to an optical waveguide element that can be used in the fields of optical communication, optical information processing, optical signal processing, or an optical sensor, and more particularly, an optical waveguide that performs modulation using an optical waveguide provided in a substrate. Type optical modulator.

インターネットをはじめとする情報化社会の爆発的に展開している。これにともない、社会インフラを構築する重要な基幹要素の一つである光通信システムの高速や大容量化のニーズがますます高まっている。低速で伝送距離の短い光通信システムの光信号は、直接的に半導体レーザや発光ダイオードの注入電流を変調することによって得られている。これを直接変調と呼ぶ。しかしながら、この直接変調では緩和振動等の効果のため、数GHz以上の高速変調が難しい。また、波長変動が発生するため、直接変調を長距離の伝送に適用することが難しい。   It is exploding in the information society including the Internet. As a result, there is an increasing need for high-speed and large-capacity optical communication systems, which are one of the key elements for building social infrastructure. An optical signal of an optical communication system with a low transmission distance and a short transmission distance is obtained by directly modulating an injection current of a semiconductor laser or a light emitting diode. This is called direct modulation. However, in this direct modulation, high-speed modulation of several GHz or more is difficult due to effects such as relaxation oscillation. Further, since wavelength fluctuations occur, it is difficult to apply direct modulation to long-distance transmission.

これを解決する手段としては、外部光変調器がある(特許文献1)。外部光変調器(以下、光変調器と称す。)は、半導体レーザから出力される一定強度の光に対して変調を行うものである。この方法に用いられる光変調器としては、基板中に形成された光導波路を有する導波路型の光変調器がある。導波路型の光変調器は、一般に、小形で、大量生産に適しており、また、高速動作が可能という特徴を有している。
特開2003−057616号公報
As means for solving this, there is an external optical modulator (Patent Document 1). An external optical modulator (hereinafter referred to as an optical modulator) modulates light having a constant intensity output from a semiconductor laser. As an optical modulator used in this method, there is a waveguide type optical modulator having an optical waveguide formed in a substrate. A waveguide-type optical modulator is generally small, suitable for mass production, and capable of high-speed operation.
JP 2003-057616 A

とりわけ、ニオブ酸リチウム(LiNbO)結晶等の強誘電体材料を用いて光変調器を構成すれば、低損失、かつ、高効率の光変調器が得られる。 In particular, when a light modulator is formed using a ferroelectric material such as lithium niobate (LiNbO 3 ) crystal, a low-loss and high-efficiency light modulator can be obtained.

図1に、本発明に関連するマッハツェンダ型の光変調器を示す。図1において、1はニオブ酸リチウム(LiNbO)結晶基板である。 FIG. 1 shows a Mach-Zehnder type optical modulator related to the present invention. In FIG. 1, 1 is a lithium niobate (LiNbO 3 ) crystal substrate.

入力光導波路2は、結晶基板1上に帯状に形成されたものである。結晶基板1上にチタン(Ti)を熱拡散すると、導波路部分の屈折率が基板1よりも相対的に大きくなる。これを利用して、入力光導波路2が形成される。ちなみに、ニオブ酸リチウム(LiNbO)の屈折率は約2.14であるが、チタン(Ti)を拡散すると0.2%程度屈折率が上昇し、約2.144程度になる。 The input optical waveguide 2 is formed in a band shape on the crystal substrate 1. When titanium (Ti) is thermally diffused on the crystal substrate 1, the refractive index of the waveguide portion becomes relatively larger than that of the substrate 1. Utilizing this, the input optical waveguide 2 is formed. Incidentally, the refractive index of lithium niobate (LiNbO 3 ) is about 2.14, but when titanium (Ti) is diffused, the refractive index increases by about 0.2% to about 2.144.

このように、ニオブ酸リチウム(LiNbO)の部分と、チタン(Ti)を拡散された部分での屈折率の差を利用して、良好な光導波路が形成されるのである。もちろん、他の導波路も同様にして形成される。 Thus, a good optical waveguide is formed by utilizing the difference in refractive index between the lithium niobate (LiNbO 3 ) portion and the titanium (Ti) diffused portion. Of course, other waveguides are formed in the same manner.

4a及び4bは、入力光導波路2から分岐された長さ4mm〜80mm程度の位相シフト光導波路である。5は、位相シフト光導波路4a,4bの出射側に接続された出力光導波路である。これらにより分岐干渉部が構成されている。   Reference numerals 4 a and 4 b denote phase shift optical waveguides having a length of about 4 mm to 80 mm branched from the input optical waveguide 2. Reference numeral 5 denotes an output optical waveguide connected to the emission side of the phase shift optical waveguides 4a and 4b. These constitute a branch interference section.

次に電極部について説明する。図1には電極部の一例として、進行波型電極9が示されている。変調用の進行波電極9は、光導波路4a及び光導波路4b上にそれぞれ、信号電極9aおよびアース電極9bが対になって形成されている。   Next, the electrode part will be described. FIG. 1 shows a traveling wave electrode 9 as an example of an electrode portion. The traveling wave electrode 9 for modulation is formed by pairing a signal electrode 9a and a ground electrode 9b on the optical waveguide 4a and the optical waveguide 4b, respectively.

ここで、進行波電極9の出射端は、線路インピーダンスに近い抵抗R(例:50Ω)で終端されている。進行波電極9の入射端には、変調用の電気信号s(t)が入力される。   Here, the outgoing end of the traveling wave electrode 9 is terminated with a resistor R (eg, 50Ω) close to the line impedance. An electric signal s (t) for modulation is input to the incident end of the traveling wave electrode 9.

図1において、入力光導波路2からの入射光10は、Y字状の分岐部においてエネルギーが分割される。分割された光エネルギーは、それぞれ位相シフト光導波路4a、4bを通過し、Y字状の合流部において再び合流し、出力光導波路5に至る。   In FIG. 1, the incident light 10 from the input optical waveguide 2 is divided in energy at a Y-shaped branch. The divided light energy passes through the phase shift optical waveguides 4 a and 4 b, rejoins at the Y-shaped joining portion, and reaches the output optical waveguide 5.

このとき、位相シフト光導波路4a,4bを通過した光が同位相(位相差0°)で合流すれば損失は小さくなるため、出力光11は最大の光量となる。一方、位相シフト光導波路4a,4bを通過した光が互いに逆相(位相差180°)となる場合は合流部分で大きな損失となるため、出力光11の光量は最小となる。   At this time, if the light that has passed through the phase shift optical waveguides 4a and 4b joins in the same phase (phase difference 0 °), the loss becomes small, and the output light 11 becomes the maximum light amount. On the other hand, when the lights that have passed through the phase shift optical waveguides 4a and 4b are out of phase with each other (phase difference 180 °), a large loss occurs at the merged portion, so the light quantity of the output light 11 is minimized.

そこで、変調用電極9への印加電圧の大きさに対応して電極下の光導波路4a,4bの屈折率が変化させる。すると、そこを通過する光の位相がそれぞれ変化するので、出力光11として、変調された光信号が得られる。   Therefore, the refractive indexes of the optical waveguides 4a and 4b under the electrodes are changed in accordance with the magnitude of the voltage applied to the modulation electrode 9. Then, since the phase of the light passing there changes, a modulated optical signal is obtained as the output light 11.

また、図1では、変調用電極9のインピーダンスを入力電気信号線のインピーダンス(通常50Ω)に近づけている。すなわち、電極9をそのインピーダンスに近い抵抗Rで終端することで進行波型電極が形成され、これにより広帯域化が図られている。   In FIG. 1, the impedance of the modulation electrode 9 is brought close to the impedance of the input electric signal line (usually 50Ω). That is, the traveling wave type electrode is formed by terminating the electrode 9 with a resistance R close to its impedance, thereby achieving a broad band.

光導波路の屈折率は電界の強さに対応して変化する(電気光学効果)。特に、図1のようなz−板のニオブ酸リチウム(LiNbO)を用いた場合には、基板表面に垂直となる電界成分によって効率的に屈折率が変化する。図2は、図1に示した光導波路素子をA−A‘破断線で切断した時の断面図である。図には、電界の方向(矢印)と強さ(電気力線の密度)も示されている。図中の14は、光学的に透明で光導波路の屈折率よりも小さな屈折率の膜体からなるバッファ層である。主として電極による光吸収を防いだり、光と電気信号の速度整合を図ったりする目的で設けられる。 The refractive index of the optical waveguide changes corresponding to the strength of the electric field (electro-optic effect). In particular, when z-plate lithium niobate (LiNbO 3 ) as shown in FIG. 1 is used, the refractive index efficiently changes depending on the electric field component perpendicular to the substrate surface. FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical waveguide element shown in FIG. 1 taken along the line AA ′. In the figure, the direction of the electric field (arrow) and the strength (density of electric lines of force) are also shown. Reference numeral 14 in the drawing denotes a buffer layer made of a film body that is optically transparent and has a refractive index smaller than that of the optical waveguide. It is provided mainly for the purpose of preventing light absorption by the electrodes and achieving speed matching between light and electric signals.

13は、導波路近傍に設けられたエッチング溝である。これによって導波路への電界の集中を図ったり、光と電気信号の速度の整合を図ったりする目的で設けられている。   Reference numeral 13 denotes an etching groove provided in the vicinity of the waveguide. This is provided for the purpose of concentrating the electric field on the waveguide or matching the speed of light and electric signals.

図2から明らかなように、信号電極9aおよびアース電極9b直下の光導波路4a及び光導波路4bでは、電界の方向が逆であるとともに、その強さも異なっている。このため、電界に対応した屈折率変化量(それぞれΔn4a、Δn4b)は正負の符号が異なるとともに、絶対値も異なる。 As apparent from FIG. 2, the direction of the electric field is opposite and the strengths of the optical waveguide 4a and the optical waveguide 4b immediately below the signal electrode 9a and the ground electrode 9b are different. For this reason, the amount of change in refractive index corresponding to the electric field (Δn 4a and Δn 4b ) has a different sign, and also has an absolute value.

ここで、光導波路4a及び光導波路4bの屈折率変化量(それぞれΔn4a、Δn4b)の絶対値が異なると、合流された出力光の波長が僅かに変動する。すなわち、いわゆる波長チャープが発生する。この波長チャープは、光伝送特性に大きな影響を及ぼすため、現在の光通信システムを設計、構築する場合の重要なパラメータの一つとなっている。このため、この波長チャープの量を伝送線路の要求に合わせて設計、作成することが求められる。ちなみに、図1の構造では、例えば、Δn4aは、Δn4bの5倍となるため、両者には大きな差がある。この場合、チャープ量の指標であるαパラメータは、0.7となる。 Here, if the absolute values of the refractive index changes (Δn 4a and Δn 4b ) of the optical waveguide 4a and the optical waveguide 4b are different, the wavelength of the combined output light slightly varies. That is, so-called wavelength chirp occurs. Since this wavelength chirp has a great influence on the optical transmission characteristics, it is one of the important parameters when designing and constructing a current optical communication system. For this reason, it is required to design and create this amount of wavelength chirp according to the requirements of the transmission line. Incidentally, in the structure of FIG. 1, for example, Δn 4a is five times Δn 4b , so there is a large difference between the two. In this case, the α parameter that is an index of the chirp amount is 0.7.

現在の光通信システムでは、αパラメータに対して種々の要求が存在しており、α=0が求められる場合も多い。しかしながら、図1の構成では、少なくとも、αを0(|Δn4a|=|Δn4b|)とすることができない。 In current optical communication systems, there are various requirements for the α parameter, and α = 0 is often required. However, in the configuration of FIG. 1, at least α cannot be 0 (| Δn 4a | = | Δn 4b |).

チャープ0の光変調器を実現する構造の一例として、図3に示す関連技術がある。この構造は、電界強度の強い信号電極9aからこれに対応する光導波路4aを遠ざけるため、両者の中心がオフセットされている。これにより、光導波路4aの受けている電界強度と、光導波路4bの受けている電界強度との各絶対値が等しくなる。   As an example of a structure for realizing a chirp 0 optical modulator, there is a related technique shown in FIG. In this structure, since the corresponding optical waveguide 4a is moved away from the signal electrode 9a having a high electric field strength, the centers of both are offset. Thereby, each absolute value of the electric field strength received by the optical waveguide 4a is equal to the electric field strength received by the optical waveguide 4b.

しかしながら、この方法では、光導波路4の受けている電界強度自体が弱くなってしまう。低下した電界強度を補うためには、図1の場合に比較して3倍の駆動電圧を印加する必要がある。よって、この方法は現実的でない。   However, with this method, the electric field intensity itself received by the optical waveguide 4 is weakened. In order to compensate for the reduced electric field strength, it is necessary to apply a drive voltage three times that in the case of FIG. Therefore, this method is not realistic.

また、図4に示すように、信号電極9aとアース電極9bをほぼ同じ太さに形成すると、アース電極9b下にも電界を集中できる。そのため、両電極下の屈折率の変化量の絶対値を近づけることができ、α=0.2を達成できる。しかし、この場合にも実質的に0を達成することはできない。   As shown in FIG. 4, when the signal electrode 9a and the ground electrode 9b are formed to have substantially the same thickness, the electric field can be concentrated under the ground electrode 9b. Therefore, the absolute value of the amount of change in the refractive index under both electrodes can be made closer, and α = 0.2 can be achieved. However, even in this case, 0 cannot be achieved substantially.

また、図5には他の関連技術によるチャープ0の変調器の例が示されている。基板1は、図中の破線により2つの領域に分割されている。左側の領域(表面が+c面)と、右側の領域(表面が−c面)では、強誘電体としての分極方向(結晶のz軸(c軸)の方向)が逆となるように作られている(分極反転)。   FIG. 5 shows an example of a chirp 0 modulator according to another related art. The substrate 1 is divided into two regions by broken lines in the figure. The left region (the surface is the + c plane) and the right region (the surface is the −c plane) are made so that the polarization direction as the ferroelectric (the z-axis (c-axis) direction of the crystal) is reversed. (Polarization reversal).

この場合、同じ電界を加えても、それぞれの領域で発生する屈折率の変化量は、正負逆となるが大きさは等しい。このため、図5に示した光導波路素子では、この領域の長さ(光の伝搬方向における素子の長さ)を所望の値に選ぶことにする。これにより、光導波路4a及び光導波路4bの屈折率の変化量を、2つの分極領域においてトータルとして正負符号が逆で大きさを等しくすることができる。すなわち、チャープ0の変調器が実現できる。   In this case, even if the same electric field is applied, the amount of change in the refractive index generated in each region is positive and negative, but the magnitude is equal. For this reason, in the optical waveguide device shown in FIG. 5, the length of this region (the length of the device in the light propagation direction) is selected to a desired value. As a result, the amount of change in the refractive index of the optical waveguide 4a and the optical waveguide 4b can be made equal to the total in the two polarization regions with the opposite signs. That is, a chirp 0 modulator can be realized.

この変調器の分極反転領域の長さは、電極を伝播する電気信号の減衰を考慮して設計されるが、その減衰定数は周波数依存性を有する。そのため、幅広い周波数に対してチャープ0を実現する変調器を設計することは困難である。また、この場合には、通常の製造プロセスに加えて、分極反転のプロセスを追加する必要があり、製造コストが高くなる問題もある。   The length of the domain-inverted region of the modulator is designed in consideration of the attenuation of the electric signal propagating through the electrode, but the attenuation constant has frequency dependence. Therefore, it is difficult to design a modulator that realizes chirp 0 over a wide range of frequencies. Further, in this case, it is necessary to add a polarization inversion process in addition to the normal manufacturing process, and there is a problem that the manufacturing cost increases.

今後の光変調器は、チャープ0を含む幅広いチャープ量を実現できるだけでなく、低駆動電圧や広帯域などの高性能性も実現でき、さらに、低コストも実現できることが要求されよう。しかしながら、特に、チャープ量0の変調器を実現することは難しく、かつ、その他の要求もバランス良く満足できる光変調器は未だに実現されていない。   Future optical modulators will not only be able to realize a wide range of chirp amounts, including chirp 0, but will also be required to realize high performance such as a low driving voltage and a wide band, and also to realize low cost. However, in particular, it is difficult to realize a modulator with a chirp amount of 0, and an optical modulator that can satisfy other requirements in a well-balanced manner has not yet been realized.

そこで、本発明は、このような課題および他の課題のうち、少なくとも1つを解決することを目的とする。なお、他の課題については明細書の全体を通して理解できよう。   Therefore, an object of the present invention is to solve at least one of such problems and other problems. Other issues can be understood throughout the specification.

本発明は上記課題を解決すべく、
電気光学効果を有する光学基板と、
前記光学基板の表面付近に形成された2つの位相シフト用導波路と、
前記2つの位相シフト用導波路の入力側に接続された分岐用導波路と、
前記2つの位相シフト用導波路の出力側に接続された合流用導波路と、
前記位相シフト用導波路の近傍に形成され、少なくとも該位相シフト用導波路における光学的な屈折率を変化させるために、該位相シフト用導波路に電界を印加するための電極対と
を含み。
In order to solve the above problems, the present invention
An optical substrate having an electro-optic effect;
Two phase shift waveguides formed near the surface of the optical substrate;
A branching waveguide connected to the input side of the two phase-shifting waveguides;
A merging waveguide connected to an output side of the two phase-shifting waveguides;
An electrode pair formed in the vicinity of the phase shift waveguide and for applying an electric field to the phase shift waveguide in order to change at least the optical refractive index of the phase shift waveguide.

前記2つの位相シフト用導波路における各屈折率を変化量の絶対値が不一致となる場合に、前記分岐用導波路における光エネルギーの分岐比または前記合流用導波路における合流比を不均等とする。これにより、前記合流用導波路から出力される光信号のチャープ量を制御することを特徴とする光導波路素子が提供される。なお、このような光導波路素子は、光変調器や光通信装置などに応用されても良い。   When the absolute values of the amounts of change in the refractive indexes of the two phase shift waveguides do not match, the optical energy branching ratio in the branching waveguide or the converging ratio in the converging waveguide is made unequal. . As a result, an optical waveguide element characterized by controlling the chirp amount of the optical signal output from the merging waveguide is provided. Such an optical waveguide element may be applied to an optical modulator, an optical communication device, or the like.

本発明によれば、複数の位相シフト用導波路を伝播する各光パワーに重み付けを行うことで、光チャープ量の制御を幅広く設計または調整できるようになる。これは、従来の電極構造を主体とした設計や調整の手法と比較しても、チャープ量の小さな変調器を実現しやすくなるとともに、その他の要求もバランス良く満足しやすくなる。   According to the present invention, it is possible to design or adjust a wide range of optical chirp control by weighting each optical power propagating through a plurality of phase shift waveguides. This makes it easier to realize a modulator with a small chirp amount and to satisfy other requirements in a well-balanced manner as compared with a conventional design and adjustment method mainly using an electrode structure.

以下に、図面を参照しつつ、本発明についてのいくつかの実施形態を説明する。   Several embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図6は、実施形態に係る光導波路素子の一例を示す斜視図である。1はニオブ酸リチウム(LiNbO)結晶から成る電気光学効果を有する光学基板である。基板1の上面は、結晶の−c面(−z軸)となっている。基板1の表面付近において略y軸方向に光導波路が形成されている。 FIG. 6 is a perspective view showing an example of the optical waveguide device according to the embodiment. Reference numeral 1 denotes an optical substrate having an electro-optic effect made of a lithium niobate (LiNbO 3 ) crystal. The upper surface of the substrate 1 is the −c plane (−z axis) of the crystal. An optical waveguide is formed in the vicinity of the surface of the substrate 1 in the substantially y-axis direction.

7は、入射した光を所望の分岐比で分岐する分岐用導波路である。図6では、二入力二出力のX型の導波路が示されている。分岐用導波路7は、入力導波路2a,2bと、出力導波路3a,3bとを有している。   Reference numeral 7 denotes a branching waveguide that branches incident light at a desired branching ratio. In FIG. 6, a two-input two-output X-type waveguide is shown. The branching waveguide 7 has input waveguides 2a and 2b and output waveguides 3a and 3b.

8は、入射した光を所望の合流比で合流させる合流用導波路である。図6では、二入力二出力のX型の導波路が示されている。合流用導波路8は、入力導波路6a,6bと、出力導波路5a,5bとを有している。分岐用導波路7や合流用導波路8は、合流分岐素子と呼ばれることもある。   Reference numeral 8 denotes a merging waveguide that merges incident light at a desired merging ratio. In FIG. 6, a two-input two-output X-type waveguide is shown. The merging waveguide 8 has input waveguides 6a and 6b and output waveguides 5a and 5b. The branching waveguide 7 and the merging waveguide 8 are sometimes called merging / branching elements.

通常のマッハツェンダ型導波路の場合、合流分岐素子は、3dBカプラであり、つまり入射した光を1:1の等量に分岐あるいは等量の光を合流させる機能を有している。しかしながら、本発明の合流分岐素子は、c:d(c<d)の比で光を分岐または合流させる素子となっている。   In the case of a normal Mach-Zehnder type waveguide, the merging / branching element is a 3 dB coupler, that is, has a function of branching incident light into an equal amount of 1: 1 or merging an equal amount of light. However, the joining / branching element of the present invention is an element that branches or joins light at a ratio of c: d (c <d).

4a,4bは、光学基板の表面付近に形成された位相シフト用の光導波路である。2つの位相シフト用導波路4a、4bの入力側には分岐用導波路7が接続されており、その出力側には合流用導波路8が接続されている。   Reference numerals 4a and 4b denote optical waveguides for phase shift formed near the surface of the optical substrate. A branching waveguide 7 is connected to the input side of the two phase shift waveguides 4a and 4b, and a merging waveguide 8 is connected to the output side thereof.

位相シフト用導波路4a、4bの近傍には、位相シフト用導波路に電界を印加するための電極対9a,9bが形成されている。図に示すような形態で機能する電極対9a,9bは、一般に、進行波電極と呼ばれている。電極対9a,9bに電気信号が印加されると、電気光学効果により導波路内の屈折率が変化し、導波路を通過する光信号に位相シフトが引き起こされる。   In the vicinity of the phase shift waveguides 4a and 4b, electrode pairs 9a and 9b for applying an electric field to the phase shift waveguide are formed. The electrode pairs 9a and 9b that function in the form shown in the figure are generally called traveling wave electrodes. When an electrical signal is applied to the electrode pair 9a, 9b, the refractive index in the waveguide changes due to the electro-optic effect, causing a phase shift in the optical signal passing through the waveguide.

位相シフト用光導波路4a,4bにおける各屈折率の変化量を、それぞれΔn4a、Δn4bとする。この場合、図6に示した光導波路素子において実験を行ったところ、
|Δn4a|:|Δn4b|=3:2
という関係が満たされていることがわかった。
Let Δn 4a and Δn 4b be the amounts of change in the respective refractive indexes in the optical waveguides 4a and 4b for phase shift. In this case, when an experiment was performed on the optical waveguide device shown in FIG.
| Δn 4a |: | Δn 4b | = 3: 2
It was found that this relationship was satisfied.

この場合、合流分岐素子の分岐比を
c:d=2:3
とすれば、屈折率変化量の差を光パワーの差で相殺できると推測される。実際に、合流分岐素子の分岐比c:dを2:3に設定し、合流用導波路8の出力導波路5aからの出力光11を評価したところ、出力光11のチャープ量αが、ほぼ0であることを確認できた。
In this case, the branching ratio of the merge branch element
c: d = 2: 3
Then, it is estimated that the difference in refractive index change amount can be offset by the difference in optical power. Actually, when the output light 11 from the output waveguide 5a of the merging waveguide 8 is evaluated by setting the branching ratio c: d of the merging / branching element to 2: 3, the chirp amount α of the output light 11 is almost equal. It was confirmed that it was zero.

この例からわかるように、ほぼ次の式を満足する場合に0チャープが実現できるといえる。   As can be seen from this example, it can be said that zero chirp can be realized when the following expression is substantially satisfied.

|Δn4a| × c = |Δn4b| × d
これは、分岐用導波路における分岐比または合流用導波路における合流比が、2つの位相シフト用導波路における光損失の逆数に基づいて決定されることを意味する。
| Δn 4a | × c = | Δn 4b | × d
This means that the branching ratio in the branching waveguide or the merging ratio in the merging waveguide is determined based on the reciprocal of the optical loss in the two phase shifting waveguides.

比較のため、図6に示した光導波路素子において、合流分岐素子の分岐比を
c:d=1:1
として、チャープ量αを評価したところ、
α=0.2
となった。すなわち、分岐比や合流比を適宜調整することで、チャープ量αを自由に変更できる。とりわけ、上述した条件を満たせば、0チャープの光導波路素子を実現できるといえる。なお、0チャープとは、αが完全に0となることを意味するわけではなく、−0.02<α<0.02となるなど、αの値が実質的に0になることを意味する。
For comparison, in the optical waveguide element shown in FIG.
c: d = 1: 1
As a result of evaluating the chirp amount α,
α = 0.2
It became. That is, the chirp amount α can be freely changed by appropriately adjusting the branching ratio and the merge ratio. In particular, if the above-described conditions are satisfied, it can be said that a zero-chirp optical waveguide device can be realized. Note that 0 chirp does not mean that α is completely zero, but means that the value of α is substantially zero, such as −0.02 <α <0.02. .

また、本実施形態に係る光導波路素子の両電極9a、9bは、ともに細いため、両電極の下には効率的に電界が集中する。なお、両電極の下には位相シフト用の光導波路が設けられていることはいうまでもない。そのため、図1に示した関連技術に比較して、駆動電圧を約40%の低減ができる。よって、駆動電圧に関しても本発明は有利である。   In addition, since both the electrodes 9a and 9b of the optical waveguide device according to the present embodiment are thin, the electric field is efficiently concentrated under the both electrodes. Needless to say, an optical waveguide for phase shift is provided under both electrodes. Therefore, the driving voltage can be reduced by about 40% compared to the related art shown in FIG. Therefore, the present invention is advantageous with respect to the driving voltage.

図7は、実施形態に係る光導波路素子において、印加電圧と出力光11との関係を示す図である。図に示すように、光パワーの最小値が0になっていないことがわかる。もちろん、最小値が0となることが望ましいことには違いない。しかし、c:d=2:3の場合でも、その消光比(出力光強度における最大値と最小値との比)は、−17dBとなった。このような消光比であれば、通常の光通信システムでは充分に小さい値であるため、最終的には問題が無いといえる。   FIG. 7 is a diagram illustrating the relationship between the applied voltage and the output light 11 in the optical waveguide device according to the embodiment. As shown in the figure, it can be seen that the minimum value of the optical power is not zero. Of course, it must be desirable that the minimum value be zero. However, even in the case of c: d = 2: 3, the extinction ratio (ratio between the maximum value and the minimum value of the output light intensity) was −17 dB. With such an extinction ratio, it can be said that there is no problem in the end because it is a sufficiently small value in a normal optical communication system.

このように、かなりアンバランスの分岐比を採用しても、消光比を小さくでき、本実施形態に係る光導波路素子の構造は、幅広く有効であるといえよう。   As described above, even if a considerably unbalanced branching ratio is employed, the extinction ratio can be reduced, and the structure of the optical waveguide device according to this embodiment can be said to be widely effective.

一般に、0チャープ型の光導波路素子は、0チャープの実現と、良好な消光比の実現とを両立することが求められる。この観点から好適となる光導波路4a、4bについての屈折率変化量(Δn4aおよびΔn4b、|Δn4a|>|Δn4b|)を調べたところ、
1>|Δn4b|/|Δn4a|>0.5
を満足するように光導波路や電極を構成すると良いことがわかった。すなわち、このような条件を満たせば、光パワーの分岐比をさらに好適に選択するだけで、チャープ0を達成でき、かつ、最悪でも消光比を−13dB以下にできることも確認できた。
In general, a zero chirp type optical waveguide device is required to achieve both zero chirp and a good extinction ratio. When the refractive index change amounts (Δn 4a and Δn 4b , | Δn 4a |> | Δn 4b |) of the optical waveguides 4a and 4b that are preferable from this viewpoint are examined,
1> | Δn 4b | / | Δn 4a |> 0.5
It was found that the optical waveguide and the electrode should be configured to satisfy the above. That is, if such conditions are satisfied, it can be confirmed that the chirp 0 can be achieved only by selecting the branching ratio of the optical power more suitably, and the extinction ratio can be -13 dB or less at worst.

このような比率の屈折率変化を与える光導波路素子は、図6に示すように、電極4a、4bの導波路に沿った部分は、略線対称で、かつ、対応する位相シフト用導波路の幅と略同一の幅を有する場合に実現されていることも確認した。   As shown in FIG. 6, in the optical waveguide element that gives such a change in refractive index, the portions along the waveguides of the electrodes 4a and 4b are substantially line symmetric, and the corresponding phase shift waveguides It was also confirmed that it was realized when it had a width substantially the same as the width.

同様に、図6に示した構成で、出力導波路5bからの出力光12を調べたところ、図8に示すような良好な消光比(変調特性)を実現できることがわかった。なお、出力光12の波長チャープ特性に関しても調べたところ、出力光11に見られたような光パワーの重み付けによる波長チャープの制御効果は得られなかった。   Similarly, when the output light 12 from the output waveguide 5b was examined with the configuration shown in FIG. 6, it was found that a good extinction ratio (modulation characteristic) as shown in FIG. 8 could be realized. When the wavelength chirp characteristics of the output light 12 were also examined, the effect of controlling the wavelength chirp by weighting the optical power as seen in the output light 11 was not obtained.

この結果から、二本ある位相シフト用光導波路を伝播する各光のパワーの不一致によってたらされる波長チャープの制御効果は、出力光の何れにも期待できるわけではないことがわかる。すなわち、複数ある出力導波路のうち特定の出力導波路からの出力光だけが、波長チャープの制御効果を得ることができる。図6では、合流用導波路8の入力導波路6a,6bから入射する不均等な二つの光に相互に施されている位相調整(位相調整は、電極への電圧の印加によって達成される。)により、一方の出力導波路5aへと光を低損失で集中させて出射できていることがわかる。なお、図7では、出力光11についての光強度の最大値が1となっており、損失がないことがわかる。   From this result, it can be seen that the wavelength chirp control effect caused by the mismatch of the power of each light propagating through the two phase-shifting optical waveguides cannot be expected for any output light. That is, only the output light from a specific output waveguide among a plurality of output waveguides can obtain the effect of controlling the wavelength chirp. In FIG. 6, phase adjustment (phase adjustment is achieved by applying a voltage to the electrodes) applied to two unequal light beams incident from the input waveguides 6 a and 6 b of the merging waveguide 8. ), It can be seen that light can be concentrated and emitted to one output waveguide 5a with low loss. In FIG. 7, the maximum value of the light intensity for the output light 11 is 1, indicating that there is no loss.

このように、パワーの不均衡な2つの光がそのまま合流して出射する場合に、本発明の効果が期待できる。一方、出力光12のパワー(図8)に関しては、最大値が1とはならないため、損失が発生しているといえる。このような出力光には本発明の効果は期待できない。   As described above, the effect of the present invention can be expected when two lights having unbalanced powers are combined and emitted. On the other hand, regarding the power of the output light 12 (FIG. 8), since the maximum value does not become 1, it can be said that a loss has occurred. The effect of the present invention cannot be expected for such output light.

図9は、実施形態に係る光パワーの重み付けの概念を説明するための図である。図9(a)は、図6に示した光導波路素子についての等価的な図である。参照番号は、同一のものが付されている。説明の便宜上、ここでは、光導波路素子の入力導波路2aに入力された光のパワーを1とする。   FIG. 9 is a diagram for explaining the concept of weighting of optical power according to the embodiment. FIG. 9A is an equivalent view of the optical waveguide element shown in FIG. The same reference numerals are given. For convenience of explanation, the power of light input to the input waveguide 2a of the optical waveguide element is assumed to be 1 here.

図9(b)が示すように、分岐用導波路7では、α:1−α(α>0.5)に入力光のパワーが分岐される。損失を無視すれば、出力導波路3aからはパワーがαの光が出力され、出力導波路3bからはパワーが1−αの光が出力されることになる。   As shown in FIG. 9B, in the branching waveguide 7, the power of the input light is branched to α: 1−α (α> 0.5). If the loss is ignored, light having a power of α is output from the output waveguide 3a, and light having a power of 1-α is output from the output waveguide 3b.

図9(c)が示すように、合流用導波路8の入力導波路6aには、パワーがαの光が入力される。合流用導波路8の分岐比(合流比)は、α:1−α(α>0.5)であるとすれば、出力導波路5aからは、パワーがα・αの光が出力され、出力導波路5bからは、パワーがα・(1−α)の光が出力される。   As shown in FIG. 9C, light having a power of α is input to the input waveguide 6 a of the merging waveguide 8. If the branching ratio (merging ratio) of the merging waveguide 8 is α: 1−α (α> 0.5), the output waveguide 5a outputs light having a power of α · α, From the output waveguide 5b, light having a power of α · (1-α) is output.

一方、図9(d)が示すように、合流用導波路8の入力導波路6bには、パワーが1−αの光が入力される。ここで、合流用導波路8を形成する光結合器の対称性から、分岐比は、1−α:αとなる。よって、出力導波路5aからは、パワーが(1−α)・(1−α)の光が出力され、出力導波路5bからは、パワーが(1−α)・αの光が出力される。   On the other hand, as shown in FIG. 9D, light having a power of 1−α is input to the input waveguide 6 b of the merging waveguide 8. Here, the branching ratio is 1−α: α due to the symmetry of the optical coupler that forms the merging waveguide 8. Therefore, light having a power of (1-α) · (1-α) is output from the output waveguide 5a, and light having a power of (1-α) · α is output from the output waveguide 5b. .

最終的には、図9(e)が示すように、出力導波路5aからは、パワーがα・αの光成分と、パワーが(1−α)・(1−α)の光成分とをそれぞれの位相を加味して合成された光が出力されることになる。また、出力導波路5bからは、パワーがα・(1−α)の光成分と、パワーが(1−α)・αの光成分とをそれぞれの位相を加味して合成された光が出力されることになる。これらの位相は、位相シフト用導波路4a、4bにおいて適宜変更される。   Finally, as shown in FIG. 9E, from the output waveguide 5a, an optical component with power α · α and an optical component with power (1-α) · (1-α) are obtained. The synthesized light is output in consideration of each phase. Further, the output waveguide 5b outputs light synthesized by taking into account the phases of the light component with power α · (1-α) and the light component with power (1-α) · α. Will be. These phases are appropriately changed in the phase shift waveguides 4a and 4b.

ここで、注意すべきは、出力導波路5aからの出力光では、最大パワーの異なる2つの光成分が位相を加味して加算されるが、出力導波路5bからの出力光では、最大パワーの等しい2つの光成分が位相を加味して加算されることである。よって、前者は、光量の重み付けはできる点で有効であるが、出力光の最小値を0にできない。後者は、2つの光成分の最大パワーが等しいため、位相が180度ずれていれば、出力光のパワーが0となる利点があるものの、光量の重み付けは実現できない。本発明の観点からは、前者が有効であることは言うまでもない。   Here, it should be noted that in the output light from the output waveguide 5a, two light components having different maximum powers are added in consideration of the phase, but in the output light from the output waveguide 5b, the maximum power Two equal light components are added in consideration of the phase. Therefore, the former is effective in that the light quantity can be weighted, but the minimum value of the output light cannot be made zero. In the latter case, since the maximum powers of the two light components are equal, if the phase is shifted by 180 degrees, there is an advantage that the power of the output light becomes 0, but weighting of the light amount cannot be realized. From the viewpoint of the present invention, it goes without saying that the former is effective.

換言すれば、合流用導波路8は、合流用導波路8に入射する位相調整が施され、かつ、パワーの不均等な2つの光成分を低損失で合流させて単一の出力導波路から出射させる機能を有していることが望ましい。この機能があれば、光チャープ量の制御を幅広く設計または調整できるようになる。さらに、従来の電極構造を主体とした設計や調整の手法と比較しても、チャープ量の小さな変調器を実現しやすくなるとともに、その他の要求もバランス良く満足しやすくなるといえよう。   In other words, the merging waveguide 8 is phase-adjusted to be incident on the merging waveguide 8, and two light components with non-uniform power are merged with low loss from a single output waveguide. It is desirable to have a function of emitting light. With this function, the control of the amount of optical chirp can be designed or adjusted widely. Furthermore, it can be said that a modulator with a small amount of chirp can be easily realized and other requirements can be satisfied in a well-balanced manner as compared with a conventional design and adjustment method based on an electrode structure.

図10は、誘導電流対策を施した実施形態に係る光導波路素子の一例を示す図である。図6に示す進行波電極9a,9bは、電極の線幅がともに細い。この構造で、図中のy軸方向(光の伝搬方向)における電極の長さを長くすると、電極には誘導電流が流れやすくなり、周波数特性が劣化するおそれがある。   FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an optical waveguide device according to an embodiment in which measures against induced current are taken. The traveling wave electrodes 9a and 9b shown in FIG. With this structure, if the length of the electrode in the y-axis direction (light propagation direction) in the figure is increased, an induced current tends to flow through the electrode, and the frequency characteristics may be deteriorated.

この対策としては、図10に示すように、アース電極9bを梯子状としてアースを強化することで、周波数特性を改善できた。   As a countermeasure against this, as shown in FIG. 10, the frequency characteristics can be improved by strengthening the earth by using the earth electrode 9b as a ladder.

すなわち、梯子状の接地電極9bは、第1電極部と第2電極部を含む。第1電極部は、2つの位相シフト用導波路のうちの少なくとも一方にそって形成されている。第2電極部は、第1の電極部と電気的に接続されているとともに、第1電極部よりも導波路から離れた基板上の位置に形成され、かつ、第1電極部の幅よりも幅広である。図10によれば、導波路4bの上方に第1電極部が設けられている。そして、第1電極部と第2電極部との間には、3つのエッチング溝が設けられている。3つのエッチング溝の間には、第1電極部と第2電極部とを接続するための4本の電極板が設けられている。   That is, the ladder-shaped ground electrode 9b includes a first electrode portion and a second electrode portion. The first electrode portion is formed along at least one of the two phase shift waveguides. The second electrode portion is electrically connected to the first electrode portion, is formed at a position on the substrate farther from the waveguide than the first electrode portion, and is wider than the width of the first electrode portion. It is wide. According to FIG. 10, the first electrode portion is provided above the waveguide 4b. Three etching grooves are provided between the first electrode portion and the second electrode portion. Between the three etching grooves, four electrode plates for connecting the first electrode portion and the second electrode portion are provided.

なお、梯子状電極9bが波長チャープに対して与える影響も検討した。梯子の間隔を1mmとし、電極の幅を10μm程度とした。また、導波路4b上の細い第1電極からパッド状の第2電極までの距離を300μmとした。このようにすると、チャープ量αに対する影響を、図6の構成と比較して0.05以下の変化にとどめることができることがわかった。   The influence of the ladder electrode 9b on the wavelength chirp was also examined. The interval between the ladders was 1 mm, and the electrode width was about 10 μm. The distance from the thin first electrode on the waveguide 4b to the pad-like second electrode was 300 μm. In this way, it has been found that the influence on the chirp amount α can be limited to a change of 0.05 or less compared to the configuration of FIG.

ここで、図6に示す構成で合流分岐素子の分岐比を上記の説明とは逆に
c:d=3:2
としてみたところ、チャープ量は、
α=0.4
となった。c:d=1:1の場合のチャープ量αは0.2であったが、それよりもチャープ量が大きくなることを確認できた。
Here, in the configuration shown in FIG.
c: d = 3: 2
As a result, the amount of chirp is
α = 0.4
It became. In the case of c: d = 1: 1, the chirp amount α was 0.2, but it was confirmed that the chirp amount was larger than that.

すなわち、本発明の技術思想は、0チャープを実現するために利用できるだけでなく、チャープ量を幅広く設計、調整するためにも応用できるのである。   That is, the technical idea of the present invention can be used not only for realizing zero chirp but also for designing and adjusting the chirp amount widely.

図11は、他の実施形態に係る光導波路素子の一例を示す図である。この光導波路素子の分岐光導波路7は入射光を等量(1対1)に分岐する機能を持つ。また、位相シフト用光導波路4a,4bにおいて、両者の伝播損失には差があることは上述したとおりである。   FIG. 11 is a diagram illustrating an example of an optical waveguide device according to another embodiment. The branching optical waveguide 7 of this optical waveguide element has a function of branching incident light into equal amounts (one to one). As described above, there is a difference in propagation loss between the phase shift optical waveguides 4a and 4b.

後方の合流用の合流分岐素子8に入射する直前では、それぞれc:dの光パワーとなるように光導波路素子が作られている。この場合、合流分岐素子8は、導波路5aから逆に光を入れた場合に、c:dの分岐比で光が導波路6a,6bへ分岐されるように作成されている。すなわち、合流分岐素子8における導波路6a,6bの合流比が、c:dとなっている。このような構成を採用しても、波長チャープに関して前方の分岐光導波路7で光パワーの重み付けをした場合と全く同様の波長チャープ制御機能を実現できる。   Immediately before entering the rearward merge branching element 8, the optical waveguide elements are formed so as to have c: d optical power, respectively. In this case, the merging / branching element 8 is formed so that the light is branched into the waveguides 6a and 6b at a branching ratio of c: d when light enters from the waveguide 5a. That is, the merge ratio of the waveguides 6a and 6b in the merge branching element 8 is c: d. Even if such a configuration is adopted, the same wavelength chirp control function as when the optical power is weighted by the front branch optical waveguide 7 with respect to the wavelength chirp can be realized.

この場合には、図11に示すように、基板1に設けられるエッチング溝13を、導波路4aに対して接近させて設ければ、導波路4aを通過する光信号に多く損失を発生させることができる。すなわち、導波路と溝との距離を変更することでも、光パワーの重み付けを実現できる。このほか、導波路4aや4bとして、曲率を有する導波路を導入するなどしても、損失を調整できる。   In this case, as shown in FIG. 11, if the etching groove 13 provided in the substrate 1 is provided close to the waveguide 4a, a large loss is generated in the optical signal passing through the waveguide 4a. Can do. That is, the weighting of the optical power can also be realized by changing the distance between the waveguide and the groove. In addition, the loss can be adjusted by introducing a waveguide having a curvature as the waveguides 4a and 4b.

本実施形態に適用可能な分岐・合流光導波路としては、種々の構成が考えられる。例えば、二入力二出力タイプの分岐・合流光導波路としては、図12に示すような中央にギャップの設けられた方向性結合器がある。また、図13に示すようにギャップ長が0の方向性結合器もある。さらに、図14に示すような非対称X型の方向性結合器などもある。   Various configurations can be considered as the branching / merging optical waveguide applicable to the present embodiment. For example, as a two-input / two-output type branching / merging optical waveguide, there is a directional coupler having a gap at the center as shown in FIG. There is also a directional coupler with a gap length of 0 as shown in FIG. Furthermore, there is an asymmetric X-type directional coupler as shown in FIG.

一入力二出力タイプまたは二入力一出力タイプの分岐・合流光導波路としては、図15に示すような非対称Y分岐型の方向性結合器や、図16に示すような非対称の方向性結合器型などもある。   As the one-input two-output type or two-input one-output type branching / merging optical waveguide, an asymmetric Y-branch type directional coupler as shown in FIG. 15 or an asymmetric directional coupler type as shown in FIG. There are also.

何れの方向性結合器であっても、異なる分岐比や合流比を実現するために使用可能である。また、同じ分岐比となるように設計、作成されていれば、前後2つの分岐・合流光導波路として異なるタイプが選択されてもよい。例えば、前段が二入力二出力タイプの分岐・合流光導波路で、後段が一入力二出力タイプの分岐・合流光導波路であってもよい。反対に、後段が二入力二出力タイプの分岐・合流光導波路で、前段が一入力二出力タイプの分岐・合流光導波路であってもよい。もちろん、双方とも一入力二出力タイプであってもよい。   Any directional coupler can be used to achieve different branching and merging ratios. Further, different types may be selected as the front and rear branching / merging optical waveguides as long as they are designed and created to have the same branching ratio. For example, the front stage may be a two-input / two-output type branching / merging optical waveguide, and the rear stage may be a one-input / two-output type branching / merging optical waveguide. Conversely, the latter stage may be a two-input / two-output type branching / merging optical waveguide, and the former stage may be a one-input / two-output type branching / merging optical waveguide. Of course, both may be of the 1-input 2-output type.

以上はニオブ酸リチウム(LiNbO)導波路型の光素子を中心に説明したが、他の電気光学効果を有する導波路型光素子に関しても、本発明は有効に適用できる。 The foregoing has been described with a focus on lithium niobate (LiNbO 3 ) waveguide type optical elements, but the present invention can also be effectively applied to waveguide type optical elements having other electro-optic effects.

また、2つの位相シフト用導波路のうち、第1位相シフト用導波路4aにおける屈折率の変化量と、第2位相シフト用導波路4bにおける屈折率の変化量との比を調整することで、さらにチャープ量を制御することができることはいうまでもない。すなわち、分岐比や合流比によって光パワーに重み付けする手法に加えて、電極、位相シフト用導波路または溝のサイズや位置を変更することで屈折率の変化量の比を調整する手法と組み合わせれば、さらに、好適にチャープ量を制御できよう。   Further, by adjusting the ratio of the refractive index change amount in the first phase shift waveguide 4a and the refractive index change amount in the second phase shift waveguide 4b of the two phase shift waveguides. Needless to say, the amount of chirp can be further controlled. In other words, in addition to the method of weighting the optical power by the branching ratio or the merge ratio, it can be combined with the method of adjusting the ratio of the refractive index change by changing the size or position of the electrode, phase shift waveguide or groove. In this case, the chirp amount can be controlled appropriately.

本発明に係る光導波路素子が光変調器として応用できることは、いうまでもない。さらに、半導体レーザなどの光ビームを出力する光源とともに、当該光変調器を備える光通信装置を実現できることもいうまでもない。   Needless to say, the optical waveguide device according to the present invention can be applied as an optical modulator. Furthermore, it goes without saying that an optical communication apparatus including the light modulator together with a light source that outputs a light beam such as a semiconductor laser can be realized.

関連技術に係る光導波路素子の斜視図である。It is a perspective view of the optical waveguide device concerning related technology. 関連技術に係る光導波路素子の断面図である。It is sectional drawing of the optical waveguide element which concerns on related technology. 関連技術に係る0チャープを実現するための光導波路素子の断面図である。It is sectional drawing of the optical waveguide element for implement | achieving 0 chirp which concerns on related technology. 関連技術に係る波長チャープの小さい光導波路素子の断面図である。It is sectional drawing of the optical waveguide element with a small wavelength chirp which concerns on related technology. 関連技術に係る分極反転技術を用いた光導波路素子の斜視図である。It is a perspective view of the optical waveguide device using the polarization inversion technique which concerns on related technology. 実施形態に係る光導波路素子の斜視図である。It is a perspective view of the optical waveguide device concerning an embodiment. 実施形態に係る光導波路素子の出力光強度と印加電圧の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the output light intensity of the optical waveguide element which concerns on embodiment, and an applied voltage. 実施形態に係る光導波路素子から廃棄される出力光と印加電圧の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the output light discarded from the optical waveguide element which concerns on embodiment, and an applied voltage. 実施形態に係る光パワーの重み付けの概念を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the concept of the weighting of the optical power which concerns on embodiment. 実施形態に係る周波数特性を改善させた光導波路素子の斜視図である。It is a perspective view of the optical waveguide device which improved the frequency characteristic concerning an embodiment. 実施形態に係る光損失を利用して実現した光導波路素子の斜視図である。It is a perspective view of an optical waveguide device realized using optical loss concerning an embodiment. 実施形態に係る光導波路素子に用いることが可能な方向性結合器型の導波路型分岐合流素子の平面図である。1 is a plan view of a directional coupler type waveguide branching / merging element that can be used in an optical waveguide element according to an embodiment. 実施形態に係る光導波路素子に用いることが可能な0−gap方向性結合器の平面図である。It is a top view of the 0-gap directional coupler which can be used for the optical waveguide element which concerns on embodiment. 実施形態に係る光導波路素子に用いることが可能な非対称x型の導波路の平面図である。It is a top view of the asymmetric x-type waveguide which can be used for the optical waveguide device concerning an embodiment. 実施形態に係る光導波路素子に用いることが可能な非対称Y分岐型の導波路の平面図である。It is a top view of the asymmetric Y branch type waveguide which can be used for the optical waveguide device concerning an embodiment. 実施形態に係る光導波路素子に用いることが可能な非対称方向性結合器の平面図である。It is a top view of the asymmetrical directional coupler which can be used for the optical waveguide element which concerns on embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 … ニオブ酸リチウム(LiNbO)基板
2〜6 … 入力光導波路
7,8 … 分岐合流素子
9 … 進行波電極
10 … 入力光
11、12 … 出力光
13 … 基板に設けられたエッチング溝
14 … バッファ層膜
1 ... lithium niobate (LiNbO 3) substrate 2-6 ... input waveguide 7,8 ... branching element 9 ... traveling wave electrodes 10 ... input light 11, 12 output light 13 ... etching groove 14 provided on the substrate ... Buffer layer film

Claims (13)

電気光学効果を有する光学基板と、
前記光学基板の表面付近に形成された2つの位相シフト用導波路と、
前記2つの位相シフト用導波路の入力側に接続された分岐用導波路と、
前記2つの位相シフト用導波路の出力側に接続された合流用導波路と、
前記位相シフト用導波路の近傍に形成され、少なくとも該位相シフト用導波路における光学的な屈折率を変化させるために、該位相シフト用導波路に電界を印加するための電極対と
を含み、
前記2つの位相シフト用導波路における各屈折率を変化量の絶対値が不一致となる場合に、前記分岐用導波路における光エネルギーの分岐比または前記合流用導波路における合流比を不均等とすることで、前記合流用導波路から出力される光信号のチャープ量を制御することを特徴とする光導波路素子。
An optical substrate having an electro-optic effect;
Two phase shift waveguides formed near the surface of the optical substrate;
A branching waveguide connected to the input side of the two phase-shifting waveguides;
A merging waveguide connected to an output side of the two phase-shifting waveguides;
An electrode pair formed in the vicinity of the phase shift waveguide and for applying an electric field to the phase shift waveguide in order to change at least the optical refractive index in the phase shift waveguide;
When the absolute values of the amounts of change in the refractive indexes of the two phase shift waveguides do not match, the split ratio of the optical energy in the branch waveguide or the merge ratio in the merge waveguide is made unequal. Thus, an optical waveguide element characterized in that the chirp amount of the optical signal output from the merging waveguide is controlled.
前記分岐用導波路は、一入力二出力または二入力二出力の導波路であることを特徴とする請求項1に記載の光導波路素子。   2. The optical waveguide device according to claim 1, wherein the branching waveguide is a one-input two-output or two-input two-output waveguide. 前記合流用導波路は、二入力二出力または二入力一出力の導波路であることを特徴とする請求項1または2に記載の光導波路素子。   3. The optical waveguide device according to claim 1, wherein the merging waveguide is a two-input two-output or two-input one-output waveguide. 前記合流用導波路は、該合流用導波路に入射する位相調整が施されたパワーの不均等な2つの光を低損失で合流させて単一の出力導波路から出射させる機能を有していることを特徴とする請求項3に記載の光導波路素子。   The merging waveguide has a function of merging two light beams of non-uniform power that are phase-adjusted and incident on the merging waveguide with low loss and emitting them from a single output waveguide. The optical waveguide device according to claim 3, wherein 前記分岐用導波路における分岐比または前記合流用導波路における合流比は、前記2つの位相シフト用導波路における光損失の逆数に基づいて決定されていることを特徴とする請求項1に記載の光導波路素子。   The branching ratio in the branching waveguide or the joining ratio in the joining waveguide is determined based on the reciprocal of the optical loss in the two phase-shifting waveguides. Optical waveguide element. 前記2つの位相シフト用導波路における光損失の差は、前記2つの位相シフト用導波路の近傍に形成された複数のエッチング溝の非対称性によって実現されていることを特徴とする請求項5に記載の光導波路素子。   6. The difference in optical loss between the two phase shift waveguides is realized by asymmetry of a plurality of etching grooves formed in the vicinity of the two phase shift waveguides. The optical waveguide device described. 前記2つの位相シフト用導波路における各屈折率の変化量(それぞれΔn4aおよびΔn4b、|Δn4a|>|Δn4b|とする。)と、該2つの位相シフト用導波路をそれぞれ伝搬する光のパワー(それぞれP4a, P4b, P4a < P4bとする。)との関係は、
|Δn4a| × P4a = |Δn4b| × P4a
をほぼ満足することを特徴とする請求項6に記載の光導波路素子。
A change amount of each refractive index in the two phase shift waveguides (Δn 4a, Δn 4b , | Δn 4a |> | Δn 4b |, respectively) and the two phase shift waveguides are propagated. The relationship with the optical power (P 4a , P 4b , P 4a <P 4b respectively) is
| Δn 4a | × P 4a = | Δn 4b | × P4a
The optical waveguide device according to claim 6, wherein:
前記2つの位相シフト用導波路における各屈折率の変化量(それぞれΔn4aおよびΔn4b、|Δn4a|>|Δn4b|とする。)について、
1.0 > |Δn4b|/|Δn4a| > 0.5
を満足するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の光導波路素子。
About the amount of change of each refractive index in the two phase shift waveguides (assuming Δn 4a and Δn 4b , | Δn 4a |> | Δn 4b |, respectively).
1.0> | Δn 4b | / | Δn 4a |> 0.5
The optical waveguide device according to claim 1, wherein the optical waveguide device is configured to satisfy the following.
前記電極対は、略対称で、かつ、前記位相シフト用導波路の幅と略同一の幅を有する複数の電極板を含むことを特徴とする請求項1ないし8の何れかに記載の光導波路素子。   9. The optical waveguide according to claim 1, wherein the electrode pair includes a plurality of electrode plates that are substantially symmetrical and have substantially the same width as the width of the phase-shifting waveguide. element. 前記電極対のうち、接地側の電極は、前記2つの位相シフト用導波路のうちの少なくとも一方にそって形成された第1電極部と、該第1の電極部と電気的に接続されているとともに、該第1電極部よりも該導波路から離れた基板上の位置に形成され、かつ、該第1電極部の幅よりも幅広の第2電極部とを含むことを特徴とする請求項1ないし9の何れかに記載の光導波路素子。   The electrode on the ground side of the electrode pair is electrically connected to the first electrode portion formed along at least one of the two phase shift waveguides and the first electrode portion. And a second electrode part that is formed at a position on the substrate farther from the waveguide than the first electrode part and wider than the width of the first electrode part. Item 10. The optical waveguide device according to any one of Items 1 to 9. 前記2つの位相シフト用導波路のうち、第1位相シフト用導波路における屈折率の変化量と、第2位相シフト用導波路における屈折率の変化量との比を調整することでさらにチャープ量を制御することを特徴とする請求項1ないし10の何れかに記載の光導波路素子。   By adjusting the ratio of the refractive index change amount in the first phase shift waveguide and the refractive index change amount in the second phase shift waveguide of the two phase shift waveguides, the chirp amount is further increased. The optical waveguide device according to claim 1, wherein the optical waveguide device is controlled. 請求項1ないし11の何れかに記載の光導波路素子を含むことを特徴とする光変調器。   An optical modulator comprising the optical waveguide device according to claim 1. 光ビームを出力する光源と、
前記光源からの光ビームを変調する、請求項12に記載された光変調器と
を含むことを特徴とする光通信装置。
A light source that outputs a light beam;
An optical communication device comprising: the optical modulator according to claim 12, wherein the optical modulator modulates a light beam from the light source.
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