JP2008089875A - Optical waveguide element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光導波路素子に関し、特に、厚みが20μm以下の薄板を用いた光導波路素子において、効果的に高次モード光を除去することが可能な光導波路素子に関する。 The present invention relates to an optical waveguide device, and more particularly to an optical waveguide device that can effectively remove higher-order mode light in an optical waveguide device using a thin plate having a thickness of 20 μm or less.
光ファイバ通信系や計測系などにおいて、多様な光処理が行われているが、その中でも、集積化が容易であり、光波の強度や位相を効率的に制御する手段として、光導波路素子が利用されている。
光導波路素子の例としては、電気光学効果を有する基板である強誘電体を用い、該基板に光導波路や該光導波路を伝搬する光を変調するための変調電極を形成した光強度変調器などが知られている。このような光導波路素子では、マッハツェンダー型の光導波路のように、特定の光導波路を複数の分岐導波路に分岐する分岐導波路部、例えば、Y分岐導波路を有している。
Various optical processing is performed in optical fiber communication systems and measurement systems. Among them, integration is easy, and optical waveguide elements are used as a means to efficiently control the intensity and phase of light waves. Has been.
Examples of optical waveguide elements include a light intensity modulator in which a ferroelectric material, which is a substrate having an electro-optic effect, is used, and an optical waveguide and a modulation electrode for modulating light propagating through the optical waveguide are formed on the substrate. It has been known. Such an optical waveguide element has a branching waveguide portion that branches a specific optical waveguide into a plurality of branching waveguides, for example, a Y branching waveguide, like a Mach-Zehnder type optical waveguide.
他方、図1に示すように、光導波路素子に光波を入射させるためには、光導波路素子の一端に光ファイバ5が接続されている。図1において、1はニオブ酸リチウムなどの光導波路素子を形成する電気光学効果を有する基板であり、2は入射側導波路、3,4は分岐導波路を示している。
光ファイバを光導波路素子に接続する際に光ファイバから入射光が光導波路素子の入射面で反射し、光ファイバ5内を逆行したり、光導波路素子内の他面(出射面)と入射面6との間で光が繰り返し反射し、光導波路素子内で干渉することを抑制するため、光導波路素子の入射面の法線方向と光ファイバの接続方向とをずらして配置したり、光導波路素子の入射面や出射面に繋がる光導波路(例えば入射側導波路2)の方向と入射面や出射面の法線方向とをずらして形成することが行われている。
On the other hand, as shown in FIG. 1, an
When connecting the optical fiber to the optical waveguide element, incident light is reflected from the incident surface of the optical waveguide element and travels backward in the
しかし、このような構成において、光ファイバの配置のズレや、光導波路の作製誤差、光ファイバと光導波路素子内の光導波路とのモードフィールド形状の不一致、光ファイバと光導波路素子との接続部における軸ズレなどにより、光導波路を伝搬する光に高次モード光が発生し、この高次モード光が光導波路を伝搬することがある。
このような入射部で生じた高次モード光と基本モード光との各成分が干渉することによって、光の伝播と共に光分布が揺動(以下、「揺動光」という。)する。従来、基本モード光が対称なY分岐導波路に入射した場合、導波路形状の対称性から分岐比が1:1になる。しかし、揺動光7(図1に模式的に示す。)が対称なY分岐導波路に入射すると、分岐比が1:1から大きくずれることとなる。さらに、基本モードと高次モードとの干渉であるため、入射導波路の長さによって分岐比が変化したり、波長によって分岐比が変化する。そのため、分岐導波路部に至るまでに高次モード光を光導波路から除去することが必要となる。
However, in such a configuration, the misalignment of the optical fiber, the manufacturing error of the optical waveguide, the mismatch of the mode field shape between the optical fiber and the optical waveguide in the optical waveguide element, the connection between the optical fiber and the optical waveguide element Due to axial misalignment, etc., higher order mode light is generated in the light propagating through the optical waveguide, and this higher order mode light may propagate through the optical waveguide.
The components of the higher-order mode light and the fundamental mode light generated at the incident portion interfere with each other, and the light distribution fluctuates (hereinafter referred to as “fluctuating light”) as the light propagates. Conventionally, when the fundamental mode light is incident on a symmetric Y-branch waveguide, the branching ratio is 1: 1 due to the symmetry of the waveguide shape. However, when the oscillating light 7 (schematically shown in FIG. 1) enters the symmetric Y-branch waveguide, the branching ratio deviates greatly from 1: 1. Furthermore, because of interference between the fundamental mode and the higher-order mode, the branching ratio varies depending on the length of the incident waveguide, and the branching ratio varies depending on the wavelength. Therefore, it is necessary to remove high-order mode light from the optical waveguide before reaching the branching waveguide portion.
従来の光導波路素子においては、基板の厚みが数100μmあるため、光ファイバの軸ズレや光入射角度が光導波路素子端面と直交していない場合でも、入射側導波路2の直線長が2mm程度あれば、図2(a)に示すように、高次モード光21は光導波路2から放射する。特に、このような厚みを有する基板(厚板)の表面に拡散型光導波路を形成する場合では、光導波路の光波の伝搬方向に向かって横方向(基板表面に平行な方向)と縦方向(基板の厚み方向)とでは、拡散速度が同じオーダーであるため、横方向より縦方向の光閉じ込めが弱い。このため、伝搬光が光導波路から漏れる場合には、基板の縦方向(内部方向)から漏れ出すこととなる。
そして、光導波路2から漏れた高次モード光は、基板の深さ方向に伝搬し、光導波路2に再結合することが無く、結果として、Y分岐導波路での分岐比の悪化には繋がらない。図2(a)の20は基本モード光を示す。
In the conventional optical waveguide element, since the thickness of the substrate is several hundred μm, even if the axial deviation of the optical fiber and the light incident angle are not orthogonal to the end face of the optical waveguide element, the linear length of the incident-
The higher-order mode light leaking from the
しかしながら、20μm以下の厚みを有する薄板を使用した光導波路素子の場合においては、図2(b)に示すように、光導波路2の境界面及び基板1の下面(通常、基板1の下面には、基板と補強板とを接合する接着層が形成されている。)における屈折率変化により縦方向の光閉じ込めが、厚板より強くなる。
このため、入射側導波路2の直線長も従来の2mmでは不十分であり、該直線長をより長くすることが求められるが、入射側導波路が長くなると、光導波路素子全体のサイズを短縮することが困難となる。
However, in the case of an optical waveguide element using a thin plate having a thickness of 20 μm or less, as shown in FIG. 2B, the boundary surface of the
For this reason, the linear length of the incident-
特許文献1には、図3に示すように、基板1に形成された直線導波路2と、2本の分岐導波路3,4とを備えたY分岐光導波路デバイスにおいて、Y分岐部前の直線導波路部分に、Y分岐部の開き角度θ2よりも大きな開き角度θ1を有する高次モード放射用ダミー導波路10,11を設けることが開示されている。
このようなダミー導波路を設けることにより、デバイス長を短縮しながらY分岐部におけるパワー分配比を安定化させることが可能となる。しかも、入射ファイバの軸ズレ等の影響による分配比の悪化を抑制し、自動調芯の際の調芯エラーが生じないようにして、作業能率を向上させることが可能となる。 By providing such a dummy waveguide, it is possible to stabilize the power distribution ratio in the Y branch portion while shortening the device length. In addition, it is possible to improve the work efficiency by suppressing the deterioration of the distribution ratio due to the influence of the axial misalignment of the incident fiber and the like so that no alignment error occurs during automatic alignment.
また、特許文献1においては、このデバイスで使用する光の波長でシングルモード光が結合しないように、ダミー導波路の開き角度、コア屈折率、及びコア幅を調整することや、高次モードをより確実に除去するため、ダミー導波路を複数段配置したり、該複数段のダミー導波路において各導波路の角度を変えることなどが開示されている。
In
しかしながら、基板にシングルモードの光導波路を形成する場合には、厚板においては導波路幅が4〜8μm程度である。
また、特許文献1に開示の技術を用いる場合には、直線導波路2とダミー導波路10,11との導波路幅の比を大きくすることにより、モード変換損失(入射光が光導波路素子に入射した時の基本モード成分の光強度に対する、ダミー導波路が形成された3分岐導波路を通過した後の基本モード成分の光強度の減少の割合を意味する。)を小さくすることが必要となる。
このため、厚板を用いた光導波路素子に特許文献1に係る技術を適用するには、直線導波路の幅が太いため、光損失が小さいダミー導波路を作成することが困難であり、仮にダミー導波路を設けた場合には、ダミー導波路を形成した3分岐導波路での過剰損失が大きくなる。
However, when a single mode optical waveguide is formed on the substrate, the waveguide width of the thick plate is about 4 to 8 μm.
When the technique disclosed in
For this reason, to apply the technique according to
本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、20μm以下の厚みを有する薄板に光導波路を形成する場合においても、入射部で生じる揺動光を抑制すると共に、Y分岐部などの特定の光導波路を複数の分岐導波路に分岐する分岐導波路部における分岐比を改善した光導波路素子を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to solve the above-described problems, and even when an optical waveguide is formed on a thin plate having a thickness of 20 μm or less, the oscillating light generated at the incident portion is suppressed and the Y branch It is an object of the present invention to provide an optical waveguide device having an improved branching ratio in a branching waveguide section that branches a specific optical waveguide such as a section into a plurality of branching waveguides.
本発明者らは、鋭意研究した結果、薄板に光導波路を形成した場合には、上述のように縦方向の光閉じ込め作用が強くなるが、高次モード用分岐導波路などの高次モード除去手段を設けることにより、入射光揺動(導波路を伝播する光が高次モードを含むため、伝播と共に光分布が振動すること)を除去できるだけでなく、モード変換損失による過剰損失も併せて解消することが可能となることを見出し、本発明を完成させたものである。 As a result of diligent research, the present inventors have found that when an optical waveguide is formed on a thin plate, the optical confinement effect in the vertical direction is enhanced as described above, but higher-order mode removal such as a higher-order mode branching waveguide is eliminated. By providing a means, not only can the incident light fluctuation (the light propagating in the waveguide includes a higher-order mode, the light distribution oscillates with propagation) be eliminated, as well as excess loss due to mode conversion loss can be eliminated. The present invention has been completed by finding out that it is possible to do so.
上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、電気光学効果を有し、厚みが20μm以下の基板と、該基板に形成された光導波路とを有する光導波路型素子において、該光導波路は、該光導波路に光を入射させる入射部と、該入射した光を少なくとも2つ以上に分岐する分岐導波路部とを有し、該入射部と該分岐導波路部との間に、該光導波路を伝搬する光の高次モード光を除去するための高次モード除去手段を設けることを特徴とする。
In order to solve the above problems, an invention according to
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の光導波路素子において、該高次モード除去手段は、該光導波路から分岐する少なくとも2つの分岐導波路を有する高次モード用分岐導波路であることを特徴とする。
The invention according to
請求項3に係る発明は、請求項1に記載の光導波路素子において、該高次モード除去手段は、該光導波路の両脇に配置された高屈折率領域であることを特徴とする。
The invention according to
請求項4に係る発明は、請求項1に記載の光導波路素子において、該高次モード除去手段は、該光導波路の両脇に配置された光吸収領域であることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the optical waveguide device according to the first aspect, the higher-order mode removing means is a light absorption region disposed on both sides of the optical waveguide.
請求項5に係る発明は、請求項2乃至4のいずれかに記載の光導波路素子において、該高次モード用分岐導波路、該高屈折率領域、又は光吸収領域は、該基板に不純物を熱拡散することにより形成されていることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the optical waveguide device according to any one of the second to fourth aspects, the high-order mode branch waveguide, the high refractive index region, or the light absorption region has impurities in the substrate. It is formed by thermal diffusion.
請求項6に係る発明は、請求項2乃至4のいずれかに記載の光導波路素子において、該高次モード用分岐導波路、該高屈折率領域、又は光吸収領域は、該基板の表面又は裏面の少なくとも一方に高屈折率材料又は光吸収材料を装荷することにより形成されていることを特徴とする。
The invention according to
請求項7に係る発明は、請求項2又は3に記載の光導波路素子において、該高次モード用分岐導波路又は該高屈折率領域は、光導波路を形成する基板をエッチングすることによって、実効的な高次モード用分岐導波路又は高屈折率領域が形成されていることを特徴とする。
The invention according to
請求項1に係る発明によれば、電気光学効果を有し、厚みが20μm以下の基板と、該基板に形成された光導波路とを有する光導波路型素子において、該光導波路は、該光導波路に光を入射させる入射部と、該入射した光を少なくとも2つ以上に分岐する分岐導波路部とを有し、該入射部と該分岐導波路部との間に、該光導波路を伝搬する光の高次モード光を除去するための高次モード除去手段を設けるため、薄板を使用した光導波路素子において、光導波路素子の入射端で生じた高次モード光を効果的に除去し、分岐導波路部における分岐比を改善することが可能となる。 According to the first aspect of the present invention, in an optical waveguide device having an electro-optic effect and a thickness of 20 μm or less and an optical waveguide formed on the substrate, the optical waveguide is the optical waveguide. And a branching waveguide part that branches the incident light into at least two or more, and propagates through the optical waveguide between the incident part and the branching waveguide part. In order to provide high-order mode removal means for removing high-order mode light, in an optical waveguide element using a thin plate, high-order mode light generated at the incident end of the optical waveguide element is effectively removed and branched. The branching ratio in the waveguide portion can be improved.
請求項2に係る発明によれば、高次モード除去手段は、光導波路から分岐する少なくとも2つの分岐導波路を有する高次モード用分岐導波路であるため、高次モード用分岐導波路により効率的に高次モード光を除去できるため、分岐導波路部における分岐比を改善することが可能となる。しかも、薄板に光導波路を形成した場合には、縦方向(基板の厚み方向)の光閉じ込め作用が強いため、入射側導波路と高次モード用分岐導波路との光閉じ込め強度の差を大きくとることができ、厚板(数100μm)を用いた光導波路素子と比較し、モード変換損失による過剰損失を小さくすることが可能となる。
According to the invention of
請求項3に係る発明によれば、高次モード除去手段は、光導波路の両脇に配置された高屈折率領域であるため、高屈折領域により効率的に高次モード光を除去できるため、分岐導波路部における分岐比を改善することが可能となる。
According to the invention of
請求項4に係る発明によれば、高次モード除去手段は、光導波路の両脇に配置された光吸収領域であるため、光吸収領域により効率的に高次モード光を除去できるため、分岐導波路部における分岐比を改善することが可能となる。
According to the invention of
請求項5に係る発明によれば、高次モード用分岐導波路、高屈折率領域、又は光吸収領域は、基板に不純物を熱拡散することにより形成されているため、光導波路の形成と同時に、高次モード用分岐導波路、高屈折率領域、又は光吸収領域を形成することができ、光導波路素子の製造工程を複雑化させることもない。 According to the fifth aspect of the invention, the high-order mode branching waveguide, the high refractive index region, or the light absorption region is formed by thermally diffusing impurities in the substrate. In addition, a high-order mode branching waveguide, a high refractive index region, or a light absorption region can be formed, and the manufacturing process of the optical waveguide device is not complicated.
請求項6に係る発明によれば、高次モード用分岐導波路、高屈折率領域又は光吸収領域は、基板の表面又は裏面の少なくとも一方に高屈折率材料又は光吸収材料を装荷することにより形成されているため、高次モード用分岐導波路、高屈折率領域又は光吸収領域の形成に際し、光導波路とは異なる材料を選択したり、これらの形状の厚み(基板の厚さ方向と同じ方向の厚み)や基板の片面又は両面への配置など設計の自由度を高め、より効率的に高次モード光を除去することができる。
According to the invention of
請求項7に係る発明によれば、高次モード用分岐導波路又は高屈折率領域は、光導波路を形成する基板をエッチングすることによって、実効的な高次モード用分岐導波路又は高屈折率領域が形成されているため、光導波路素子の製造工程に基板のエッチング工程を加えるだけで、容易に高次モード用分岐導波路又は高屈折率領域を形成することが可能となる。また、光導波路素子の光導波路をリッジ導波路として形成する場合には、該リッジ導波路を形成する際に、併せて高次モード用分岐導波路又は高屈折率領域を形成することも可能となる。
According to the invention of
以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。
本発明は、電気光学効果を有し、厚みが20μm以下の基板と、該基板に形成された光導波路とを有する光導波路型素子において、該光導波路は、該光導波路に光を入射させる入射部と、該入射した光を少なくとも2つ以上に分岐する分岐導波路部とを有し、該入射部と該分岐導波路部との間に、該光導波路を伝搬する光の高次モード光を除去するための高次モード除去手段を設けることを特徴とする。
Hereinafter, the present invention will be described in detail using preferred examples.
The present invention relates to an optical waveguide element having an electro-optic effect and having a thickness of 20 μm or less and an optical waveguide formed on the substrate, wherein the optical waveguide is incident to make the light incident on the optical waveguide. And a high-order mode light of light propagating through the optical waveguide between the incident part and the branching waveguide part. High-order mode removal means for removing the light is provided.
図4は、本発明の光導波路素子に係る第1の実施例を示す概略図である。
基板1は、電気光学効果を有する基板であり、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、PLZT(ジルコン酸チタン酸鉛ランタン)、及び石英系の材料から構成され、具体的には、これら単結晶材料の、Xカット板、Yカット板、及びZカット板から構成され、特に、光導波路デバイスとして構成されやすく、かつ異方性が大きいという理由から、ニオブ酸リチウム(LN)を用いることが好ましい。本発明では、基板1の厚みは20μm以下の薄板が使用される。
FIG. 4 is a schematic view showing a first embodiment according to the optical waveguide element of the present invention.
The
図4(a)は、光導波路素子の上面図の一部を示しており、基板1には、例えば、チタン(Ti)などを基板上に堆積させた後、熱拡散させて形成した光導波路2〜4が設けられている。2は、光導波路素子における光の入射側に配置される導波路(入射側導波路)であり、入射側導波路2の入射端部を、単に「入射部」という。3及び4は光導波路のY分岐部から分岐した分岐導波路である。
本発明の特徴は、高次モード除去手段として、入射側導波路2の一部に高次モード光を除去するための高次モード用分岐導波路30,31を設けることである。
なお、図4(a)の光導波路素子においては、光導波路中を伝搬する光の電極層への吸収を少なくするための酸化シリコン(SiO2)などからなるバッファ層や、光導波路を伝搬する光を変調するための変調電極(例えば、信号電極や接地電極)などは、説明を簡略化するため、図示されていない。以下の図面も同様である。
FIG. 4A shows a part of a top view of the optical waveguide device. The optical waveguide is formed on the
A feature of the present invention is that high-order
In the optical waveguide device of FIG. 4A, the light propagates through the optical waveguide through a buffer layer made of silicon oxide (SiO 2 ) or the like for reducing the absorption of light propagating into the electrode layer. A modulation electrode (for example, a signal electrode or a ground electrode) for modulating light is not shown in order to simplify the description. The same applies to the following drawings.
図4(b)は、図4(a)の一点鎖線Aにおける断面図を示したものである。基板1は薄板であるため、機械的強度が弱く、基板1を補強するため接着層40を介して補強板41が接合されている。通常、接着層の厚みは数十〜数百μmであり、補強板は数百μmである。
FIG. 4B shows a cross-sectional view taken along one-dot chain line A in FIG. Since the
図4に示すように、高次モード用分岐導波路30,31は、光導波路2〜4と同様に、Tiなどを基板上に堆積し、熱拡散させて形成することが可能であり、この場合は、光導波路と同時に高次モード用分岐導波路を形成することが可能となる。これにより、製造工程の複雑化も抑制できる。
As shown in FIG. 4, the high-order
図5は、本発明の光導波路素子に係る第2の実施例を示すものである。
図5(a)は、光導波路素子の上面図の一部を示すものであり、図5(b)は、図5(a)の一点鎖線Bにおける断面図を示す。
図5では、基板1の表面上に、高次モード除去手段として、高次モード用分岐導波路50,51を形成している。高次モード用分岐導波路は、Siなどの基板1より屈折率の高い材料で形成することが可能である。
FIG. 5 shows a second embodiment according to the optical waveguide device of the present invention.
FIG. 5A shows a part of a top view of the optical waveguide device, and FIG. 5B shows a cross-sectional view taken along one-dot chain line B in FIG.
In FIG. 5, high-order
図6は、上記第2の実施例の応用例を示す図であり、図6(a)は、図5(b)に示した高次モード用分岐導波路を基板1の裏面上に配置したものである。52,53は高次モード用分岐導波路を示す。このように基板の裏面を有効利用することで、通常、基板表面側に配置される変調電極などの構成に左右されず、自由な形状の高次モード用分岐導波路を形成することが可能となる。
FIG. 6 is a diagram showing an application example of the second embodiment. FIG. 6A shows the high-order mode branching waveguide shown in FIG. 5B arranged on the back surface of the
また、図6(b)は、図5(b)と図6(a)とを組み合せたものであり、基板1の表面及び裏面に、各々高次モード用分岐導波路50〜53を配置したものである。このように入射側導波路2の近傍に多くの高次モード用分岐導波路を配置することで、より効率的に高次モード光を除去することが可能となる。
FIG. 6B is a combination of FIG. 5B and FIG. 6A, and high-order
図7は、本発明の光導波路素子に係る第3の実施例を示すものである。
図7(a)は、光導波路素子の上面図の一部を示すものであり、図7(b)は、図7(a)の一点鎖線Cにおける断面図を示す。
図7では、高次モード除去手段として、基板1に高屈折率領域60,61を形成している。高屈折率領域の形成方法としては、図4で説明したものと同様に、光導波路と同時に高屈折率領域を形成することも可能である。
FIG. 7 shows a third embodiment according to the optical waveguide element of the present invention.
FIG. 7A shows a part of a top view of the optical waveguide device, and FIG. 7B shows a cross-sectional view taken along one-dot chain line C in FIG.
In FIG. 7, high
図8は、本発明の光導波路素子に係る第4の実施例を示すものである。
図8(a)は、光導波路素子の上面図の一部を示すものであり、図8(b)は、図8(a)の一点鎖線Dにおける断面図を示す。
図8では、高次モード除去手段として、基板1の表面に光吸収領域70,71を、不純物を基板内に熱拡散することにより形成している。光吸収領域を形成する不純物材料としては、Niなどがある。なお、不純物の熱拡散は、基板1の表面側からに限らず、裏面側あるいは両方から行うことも可能である。
FIG. 8 shows a fourth embodiment according to the optical waveguide element of the present invention.
FIG. 8A shows a part of a top view of the optical waveguide device, and FIG. 8B shows a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line D in FIG.
In FIG. 8, as a higher mode removal means,
また、光吸収領域の形成方法としては、図9に示すように、金属などの光吸収材料を基板1の表面又は裏面の少なくとも一方に装荷し、光吸収領域72,73を形成することも可能である。特に、基板の裏面を有効利用することで、通常、基板表面側に配置される変調電極などの構成に左右されず、自由な形状の光吸収領域を形成することが可能となる。
As a method for forming the light absorption region, as shown in FIG. 9, it is also possible to load a light absorption material such as metal on at least one of the front surface and the back surface of the
さらに、光吸収領域の形状は、図8に示した形状に限定されず、図10に示すように、入射側導波路2に近接する部分では楔状とすることで、基本モード光の吸収を抑制し、高次モード光のみを効率的に吸収可能とすることもできる。
なお、図10に示した形状は、図7の高屈折率領域の形状としても採用することができる。
Further, the shape of the light absorption region is not limited to the shape shown in FIG. 8, and as shown in FIG. 10, the absorption of the fundamental mode light is suppressed by forming a wedge shape in the portion close to the
The shape shown in FIG. 10 can also be adopted as the shape of the high refractive index region in FIG.
第3の実施例で示した高屈折率領域や、第4の実施例で示した光吸収領域は、基板の全面に渡り形成することも可能であるが、この場合には、光導波路を伝搬する光波の伝搬損失が増加したり、これらの領域に取り込まれた高次モード光が光導波路に再入射するなどの問題を生じる。 The high refractive index region shown in the third embodiment and the light absorption region shown in the fourth embodiment can be formed over the entire surface of the substrate, but in this case, the light propagates through the optical waveguide. This causes problems such as an increase in the propagation loss of the light wave, and high-order mode light captured in these regions reentering the optical waveguide.
このため、高屈折率領域や光吸収領域は、基板上の光導波路に光を入射させる入射部と、該入射した光を少なくとも2つ以上に分岐する分岐導波路部との間の全部又は一部に形成し、光波の伝搬損失や再入射を防止することが好ましい。 For this reason, the high refractive index region and the light absorption region are all or one between the incident part that makes light incident on the optical waveguide on the substrate and the branched waveguide part that branches the incident light into at least two or more. Preferably, it is formed in the part to prevent light wave propagation loss and re-incidence.
図11は、本発明の光導波路素子に係る第5の実施例を示すものである。
図11(a)は、光導波路素子の上面図の一部を示すものであり、図11(b)は、図11(a)の一点鎖線Eにおける断面図を、また、図11(c)は、図11(a)の一点鎖線Fにおける断面図を示す。
FIG. 11 shows a fifth embodiment according to the optical waveguide element of the present invention.
FIG. 11A shows a part of a top view of the optical waveguide device, FIG. 11B shows a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line E in FIG. 11A, and FIG. FIG. 11A is a cross-sectional view taken along one-dot chain line F in FIG.
図11では、高次モード除去手段として、基板1の裏面上に高次モード用分岐導波路(Y字状の導波路であり、分岐前部80と分岐後部81,82から構成される。)を形成したものであり、基板1が薄板であるが故に、入射側導波路2の真下に高次モード用分岐導波路の分岐前部80を配置しても、入射側導波路2から効率的に高次モード光を除去することが可能となる。
In FIG. 11, as a higher-order mode removing means, a higher-order mode branching waveguide (Y-shaped waveguide, comprising a
なお、高次モード用分岐導波路や高屈折率領域の形成方法としては、第1の実施例のようにTiなどを熱拡散する方法や、第2の実施例のようにSiなどの高屈折率材料を使用する方法以外に、図12に示すように、基板1をエッチングして形成することも可能である。エッチングを使用する方法では、特に、光導波路をリッジ導波路として形成する際に併せて高次モード用分岐導波路又は高屈折率領域を形成することにより、光導波路素子の製造工程を複雑化させることも無い。図12において、2’,3’及び4’はリッジ導波路であり、30’及び31’はリッジ構造で形成された高次モード用分岐導波路である。
As a method of forming the higher-order mode branching waveguide and the high refractive index region, a method of thermally diffusing Ti or the like as in the first embodiment, or a high refraction of Si or the like as in the second embodiment. In addition to the method using the rate material, the
(実施例1)
次に、図4に示した第1の実施例のように、高次モード除去手段として、入射側導波路2の一部に高次モード光を除去するための高次モード用分岐導波路30,31を設けた場合について、分岐比の改善状態をシミュレーションで確認した。
シミュレーションでは、基板の厚みを8μmとし、入射側導波路2、分岐導波路3,4の各幅を3.5μm、高次モード用分岐導波路30,31の各幅を3μm、入射側導波路と高次モード用分岐導波路とが成す角度を0.8°と仮定した。
(Example 1)
Next, as in the first embodiment shown in FIG. 4, a high-order
In the simulation, the substrate thickness is 8 μm, the width of each of the
また、入射側導波路2の左端と光ファイバ(MFD10μm)とが、図4(a)の上下方向に1μm、同図の紙面に垂直な方向に3.5μm、位置ズレした場合を想定し、光ファイバから一定強度の光波を入射させ、分岐導波路3,4に伝播した光波の強度を算出した。そして、分岐比を調べるため、出力強度P(分岐された光波の光強度の総和)に対する分岐された光波の光強度P1又はP2との比を算出した。
なお、入射させる光波は、波長を1510nmから1630nmの範囲で変化させた。
その結果を、図13に示す。また、図13では、入射光波の光強度に対する出力光波の光強度(上記出力強度P)との比についても併せて示している。
Further, assuming that the left end of the incident-
Note that the wavelength of the incident light wave was changed in the range of 1510 nm to 1630 nm.
The result is shown in FIG. FIG. 13 also shows the ratio of the light intensity of the output light wave to the light intensity of the incident light wave (the output intensity P).
(比較例)
また、高次モード用分岐導波路の効果を確認するため、上述した光導波路素子から、高次モード用分岐導波路を除いた場合についても、同様の条件でシミュレーションを行った。その結果を図14に示す。
(Comparative example)
Further, in order to confirm the effect of the high-order mode branch waveguide, a simulation was performed under the same conditions when the high-order mode branch waveguide was removed from the optical waveguide element described above. The result is shown in FIG.
図13及び図14とを対比すると、高次モード用分岐導波路を用いた場合には、入射する光波の波長に応じて、P1/P又はP2/Pが0.48〜0.52の範囲で変化しており、若干の分岐比の変動が見られるが、全体的に分岐比をほぼ1:1に保持していることが理解される。これに対して、高次モード用分岐導波路が無い場合には、分岐比が1:1より大きく乖離していることが理解される。 Comparing FIG. 13 and FIG. 14, when a high-order mode branching waveguide is used, P1 / P or P2 / P is in the range of 0.48 to 0.52, depending on the wavelength of the incident light wave. It is understood that the branching ratio is maintained at approximately 1: 1 as a whole although there is a slight change in the branching ratio. On the other hand, it is understood that the branching ratio deviates more than 1: 1 when there is no higher-order mode branching waveguide.
次に、上記実施例1の基板の厚みを8μm(薄板)と100μm(厚板)に設定した場合について、入射光波の波長を1510nmから1630nmの範囲で変化させた時の高次モード用分岐導波路による過剰損失の変化を調べた。
入射光の波長に対する過剰損失の変化について、図15に示す。
Next, in the case where the thickness of the substrate of Example 1 is set to 8 μm (thin plate) and 100 μm (thick plate), the branched waveguide for higher-order mode when the wavelength of the incident light wave is changed in the range of 1510 nm to 1630 nm. The change of excess loss due to the waveguide was investigated.
FIG. 15 shows changes in excess loss with respect to the wavelength of incident light.
図15から、厚板より薄板の方が、高次モード用分岐導波路による過剰損失が少ないことが理解される。特に、同様のシュミレーションにより、20μm以下の厚みを有する基板を使用した場合には、出力強度/入力強度を0.98以上に維持することが可能となることを確認した。 From FIG. 15, it is understood that the thin plate has less excess loss due to the branch waveguide for higher-order modes than the thick plate. In particular, it was confirmed by the same simulation that the output intensity / input intensity can be maintained at 0.98 or more when a substrate having a thickness of 20 μm or less is used.
以上説明したように、本発明によれば、20μm以下の厚みを有する薄板に光導波路を形成する場合においても、入射部で生じる揺動光を抑制すると共に、Y分岐部などの特定の光導波路を複数の分岐導波路に分岐する分岐導波路部における分岐比を改善した光導波路素子を提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, even when the optical waveguide is formed on a thin plate having a thickness of 20 μm or less, the oscillating light generated in the incident portion is suppressed and the specific optical waveguide such as the Y branch portion is suppressed. It is possible to provide an optical waveguide device having an improved branching ratio in a branching waveguide section that branches the light into a plurality of branching waveguides.
1 基板
2 入射側光導波路
3,4 分岐導波路
5 入射用光ファイバ
6 入射面
10,11 ダミー導波路
20 基本モード光
21 高次モード光
30,31 高次モード用分岐導波路
40 接着層
41 補強板
50〜53 基板面上に形成された高次モード用分岐導波路
60,61 高屈折率領域
70〜75 光吸収領域
80 Y字状導波路の分岐前部
81,82 Y字状導波路の分岐後部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
該光導波路は、該光導波路に光を入射させる入射部と、該入射した光を少なくとも2つ以上に分岐する分岐導波路部とを有し、
該入射部と該分岐導波路部との間に、該光導波路を伝搬する光の高次モード光を除去するための高次モード除去手段を設けることを特徴とする光導波路素子。 In an optical waveguide element having an electrooptic effect and having a thickness of 20 μm or less and an optical waveguide formed on the substrate,
The optical waveguide has an incident portion for making light incident on the optical waveguide, and a branching waveguide portion for branching the incident light into at least two or more.
A high-order mode removing means for removing high-order mode light of light propagating through the optical waveguide is provided between the incident part and the branching waveguide part.
4. The optical waveguide device according to claim 2, wherein the high-order mode branching waveguide or the high-refractive index region is formed by etching a substrate forming the optical waveguide, thereby enabling effective high-order mode branching waveguides. An optical waveguide element, wherein a waveguide or a high refractive index region is formed.
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