JP2009014826A - Optical modulator with monitor photodetector - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical modulator with monitor photodetector on which a monitor photodetector is easy to mount, which is small in size and has stable operation state. <P>SOLUTION: The optical modulator with a monitor photodetector is equipped with an optical modulator, including a substrate 1 having electro-optical effects and an optical waveguide 2, in which the optical waveguide includes a branched optical waveguide 2b; interactive optical waveguides 2c-1, 2c-2 that subject light to phase modulation by a voltage between a center conductor 4 and ground conductors 5a, 5b; a multiplexing optical waveguide 2d multiplexing the modulated light at a multiplexing point 2h, and light in a high-order mode to be generated by multiplexing is radiated as radiation light 30a, 30b from the multiplexing point; and a monitor photodetector 11 detecting the radiation light and placed, except for the back face of the substrate. The modulator has a reflection groove 20 so as to reflect the radiation light 30b to convert into monitor light 30c propagating toward the monitor photodetector, and the reflection groove is formed on the substrate surface on an opposite side, with respect to an output optical waveguide to the side where the monitor photodetector is to be placed. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明はモニタフォトディテクタ付き光変調器に係り、特に、モニタフォトディテクタの実装を容易にするとともに、小型で動作状態が安定なモニタフォトディテクタ付き光変調器に関する。   The present invention relates to an optical modulator with a monitor photo detector, and more particularly to an optical modulator with a monitor photo detector that facilitates mounting of the monitor photo detector and is small in size and stable in operation state.

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)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。 As is well known, a substrate having a so-called electro-optic effect in which the refractive index is changed by applying an electric field such as lithium niobate (LiNbO 3 ) in an optical modulator (hereinafter, the lithium niobate substrate is abbreviated as an LN substrate). The traveling-wave electrode type lithium niobate optical modulator (hereinafter abbreviated as LN optical modulator) having an optical waveguide and traveling-wave electrode formed thereon is 2.5 Gbit / s, 10 Gbit / s because of its excellent chirping characteristics. Applied to large-capacity optical transmission systems.

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。   Such an LN optical modulator has recently been studied for application to an ultra large capacity optical transmission system of 40 Gbit / s, and is expected as a key device in the large capacity optical transmission system.

[第1の従来技術]
図12は、例えば、特許文献1に開示されている第1の従来技術によるモニタフォトディテクタ付き光変調器としてのLN光変調器の構成を示す斜視図である。図中、1はz−カットLN基板、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、2aは入力光導波路、2bはY分岐型の分岐光導波路、2c−1と2c−2は相互作用光導波路、2dはY分岐型の合波光導波路、2eは出力光導波路、2gは出力光導波路の端部である。
[First prior art]
FIG. 12 is a perspective view showing a configuration of an LN optical modulator as an optical modulator with a monitor photodetector according to the first prior art disclosed in Patent Document 1, for example. In the figure, 1 is a z-cut LN substrate, 2 is a Mach-Zehnder type optical waveguide formed by thermal diffusion of Ti, 2a is an input optical waveguide, 2b is a Y-branch type branched optical waveguide, 2c-1 and 2c -2 is an interaction optical waveguide, 2d is a Y-branch combined optical waveguide, 2e is an output optical waveguide, and 2g is an end of the output optical waveguide.

また、図中、3は電気信号源、4は進行波電極の中心導体、5aと5bは接地導体、6aと6bは後述のように光信号がOFF状態の場合に発生する放射光、7は信号光用単一モード光ファイバ、8は放射光受光用光ファイバ、11は、例えば、フォトダイオードからなるモニタフォトディテクタ、9はモニタフォトディテクタ11からの後述する放射光検出信号に基づいてバイアス電源DCの動作点およびLN光変調器の動作点を調整するバイアスコントローラを含む放射光検出手段である。なお、説明を簡単にするために、z−カットLN光変調器に通常用いられるSiOバッファ層などやSi導電層などは省略した。 In the figure, 3 is an electrical signal source, 4 is a central conductor of a traveling wave electrode, 5a and 5b are ground conductors, 6a and 6b are radiated light generated when the optical signal is in an OFF state, as will be described later, and 7 is A single-mode optical fiber for signal light, 8 is an optical fiber for receiving radiated light, 11 is a monitor photodetector made up of, for example, a photodiode, and 9 is a bias power supply DC based on a radiated light detection signal described later from the monitor photodetector 11. Radiation light detection means including a bias controller for adjusting the operating point and the operating point of the LN optical modulator. In order to simplify the description, the SiO 2 buffer layer and the Si conductive layer that are usually used in the z-cut LN optical modulator are omitted.

図13は、図12に示すように構成されるLN光変調器の動作原理を説明するために示す図である。図13の(a)、(b)は光導波路2の動作説明図であり、図13の(c)はLN光変調器の側面図を示している。   FIG. 13 is a diagram for explaining the operating principle of the LN optical modulator configured as shown in FIG. FIGS. 13A and 13B are diagrams for explaining the operation of the optical waveguide 2, and FIG. 13C shows a side view of the LN optical modulator.

図12と図13を用いて、LN光変調器の動作について説明する。入力光導波路2aに入射した光は分岐光導波路2bにおいて2分割される。電気信号源3からの電気信号が進行波電極の中心導体4と、接地導体5a、5bに印加されない場合には、図13の(a)に示すように、光は相互作用光導波路2c−1、2c−2を同相で伝搬する。その後、光は合波光導波路2dにより合波されて基本モードとして出力光導波路2eを伝搬し、最後に、光は信号光用単一モード光ファイバ7に出射される。これをON状態と呼ぶ。なお、合波光導波路2dが出力光導波路2fと接合している箇所を合波点2hと呼ぶ。   The operation of the LN optical modulator will be described with reference to FIGS. The light incident on the input optical waveguide 2a is divided into two in the branch optical waveguide 2b. When the electric signal from the electric signal source 3 is not applied to the central conductor 4 of the traveling wave electrode and the ground conductors 5a and 5b, as shown in FIG. 2c-2 is propagated in phase. Thereafter, the light is combined by the combined optical waveguide 2d and propagates through the output optical waveguide 2e as a fundamental mode, and finally, the light is emitted to the single-mode optical fiber 7 for signal light. This is called an ON state. A portion where the combined optical waveguide 2d is joined to the output optical waveguide 2f is referred to as a combined point 2h.

一方、電気信号源3からの電気信号が進行波電極の中心導体4と、接地導体5a、5bに印加された場合には、図13の(b)に示すように、光は相互作用光導波路2c−1、2c−2を逆位相で伝搬する。その後、光は合波光導波路2dにより合波されて1次の高次モード光が形成される。通常、この1次の高次モード光がカットオフとなるように、出力光導波路2eが設計されている。   On the other hand, when an electrical signal from the electrical signal source 3 is applied to the central conductor 4 of the traveling wave electrode and the ground conductors 5a and 5b, as shown in FIG. 2c-1 and 2c-2 are propagated in opposite phases. Thereafter, the light is multiplexed by the multiplexed optical waveguide 2d to form first-order higher-order mode light. Usually, the output optical waveguide 2e is designed so that the first-order higher-order mode light is cut off.

従って、この1次の高次モード光は出力光導波路2eを伝搬できないために、放射光6a、6bとして基板の水平方向に0.7度、図13の(c)に示すように、深さ方向に0.9度という小さな角度をもって合波点2hから基板内に放射され、基板内を広がりながら伝搬する。これをOFF状態と呼ぶ。   Therefore, since this primary high-order mode light cannot propagate through the output optical waveguide 2e, the radiation light 6a, 6b is 0.7 degrees in the horizontal direction of the substrate, as shown in FIG. 13 (c). It is radiated into the substrate from the combining point 2h with a small angle of 0.9 degrees in the direction, and propagates while spreading in the substrate. This is called an OFF state.

図14に示す電圧−光出力特性において、図示実線の曲線はある状態でのLN光変調器の電圧−光出力特性であり、Vbはその際のDCバイアス電圧である。   In the voltage-light output characteristics shown in FIG. 14, the curve shown by the solid line is the voltage-light output characteristics of the LN optical modulator in a certain state, and Vb is the DC bias voltage at that time.

この図14に示すように、通常、DCバイアス電圧Vbは光出力特性の山と底の中点に設定される。   As shown in FIG. 14, the DC bias voltage Vb is normally set at the midpoint between the peak and bottom of the light output characteristic.

一方、温度変動など何らかの原因により図14の破線のように電圧−光出力特性が変化した場合には、バイアス点をVb´のように設定変更する必要がある。   On the other hand, when the voltage-light output characteristics change as indicated by a broken line in FIG. 14 due to some cause such as temperature fluctuation, it is necessary to change the setting of the bias point as Vb ′.

この第1の従来技術では、この放射光を放射光受光用光ファイバ8で受光・伝搬した後、例えば、フォトダイオードからなるモニタフォトディテクタ11に入射させることにより電流に変換している。バイアスコントローラを含む放射光検出手段9は、この電流の大きさにより電圧−光出力特性の変化を検知し、バイアスDC電源によるDCバイアス電圧の最適バイアス点を見出している。   In the first prior art, after this radiated light is received and propagated by the radiated light receiving optical fiber 8, it is converted into an electric current by being incident on a monitor photodetector 11 made of, for example, a photodiode. The synchrotron radiation detection means 9 including the bias controller detects a change in the voltage-light output characteristic based on the magnitude of the current, and finds the optimum bias point of the DC bias voltage by the bias DC power supply.

しかしながら、以上のように構成したLN光変調器においても以下のような問題点がある。放射光は、実際には図13の(b)、(c)に示すように、基板の水平方向に0.7度、深さ方向に0.9度の小さな角度をもって合波点2hから基板内の下方に出射されるので、放射光受光用光ファイバ8は信号光用単一モード光ファイバ7に非常に近く、また信号光用単一モード光ファイバ7よりもほんの僅かだけ低い位置に配置する必要がある。   However, the LN optical modulator configured as described above also has the following problems. As shown in FIGS. 13B and 13C, the radiated light is actually emitted from the combining point 2h at a small angle of 0.7 degrees in the horizontal direction of the substrate and 0.9 degrees in the depth direction. Since the emitted light receiving optical fiber 8 is very close to the signal light single mode optical fiber 7, it is disposed at a position slightly lower than the signal light single mode optical fiber 7. There is a need to.

ここで、図15は、信号光用単一モード光ファイバ7側から見た光信号のOFF状態の様子を示している。図13の(b)において、例えば、出力光導波路2eの光軸方向の長さを4mmとすると、前述のように放射光の水平方向の伝搬角度はわずか0.7度であるから、信号光用単一モード光ファイバ7と放射光6aあるいは放射光6bとの間隔は約50μmと極めて狭い。また、放射光6aあるいは放射光6bのパワーの中心はz−カットLN基板1の上側の表面から深さHの位置に来るが、放射光の垂直方向の伝搬角度は0.9度であるから、Hの値は63μm程度である。このように、信号光と放射光6aあるいは放射光6bの中心との距離は小さいので、信号光用単一モード光ファイバ7と放射光受光用光ファイバ8とを実装することは非常に難しい。   Here, FIG. 15 shows a state in which the optical signal is in an OFF state as viewed from the single-mode optical fiber for signal light 7 side. In FIG. 13B, for example, if the length of the output optical waveguide 2e in the optical axis direction is 4 mm, the propagation angle of the radiated light in the horizontal direction is only 0.7 degrees as described above. The distance between the single-mode optical fiber 7 for use and the radiated light 6a or the radiated light 6b is as narrow as about 50 μm. Further, the center of the power of the radiated light 6a or the radiated light 6b comes to the position of the depth H from the upper surface of the z-cut LN substrate 1, but the vertical propagation angle of the radiated light is 0.9 degrees. , H is about 63 μm. As described above, since the distance between the signal light and the center of the radiation light 6a or the radiation light 6b is small, it is very difficult to mount the signal light single-mode optical fiber 7 and the radiation light receiving optical fiber 8.

この実装の難しさについて図16を用いて説明する(例えば、特許文献1の図9参照)。図中、7aは信号光用単一モード光ファイバのコア、8aは放射光受光用光ファイバのコア、10aはキャピラリー(誘電体からなるキャピラリーで、一般的にはガラス材が知られているが、セラミックなどその他の材料でも良い)を示している。   The difficulty of this mounting will be described with reference to FIG. 16 (see, for example, FIG. 9 of Patent Document 1). In the figure, 7a is a core of a single-mode optical fiber for signal light, 8a is a core of an optical fiber for receiving radiated light, 10a is a capillary (a capillary made of a dielectric, and generally a glass material is known. Other materials such as ceramic may be used).

そして、キャピラリー10aに信号光用単一モード光ファイバ7用とは別に穴を開けて、放射光受光用光ファイバ8をその穴に固定している。こうして、信号光用単一モード光ファイバ7のコア7aには信号光が結合するように、放射光受光用光ファイバ8のコア8aには放射光6b(あるいは、6a)が結合するように、それぞれの位置関係を調整して固定する。   A hole is formed in the capillary 10a separately from the signal light single mode optical fiber 7, and the radiated light receiving optical fiber 8 is fixed to the hole. Thus, the signal light is coupled to the core 7a of the single-mode optical fiber 7 for signal light, and the radiation 6b (or 6a) is coupled to the core 8a of the optical fiber 8 for receiving radiation. Adjust and fix each positional relationship.

以上説明したように、第1の従来技術によるモニタフォトディテクタ付きLN光変調器では、信号光と放射光の間の距離が50μm程度と極めて小さいため、信号光用単一モード光ファイバ7のコア7aには信号光を結合させ、かつ放射光受光用光ファイバ8のコア8aには放射光を結合させるという実装が必要となり、その実装は極めて困難であるため、実装が容易な構造のLN光変調器の開発が望まれている。   As described above, in the LN optical modulator with a monitor photodetector according to the first prior art, the distance between the signal light and the radiated light is as very small as about 50 μm, and therefore the core 7a of the single mode optical fiber 7 for signal light. It is necessary to mount the signal light and the core 8a of the radiated light receiving optical fiber 8 to couple the radiated light, which is extremely difficult to implement. Development of a vessel is desired.

通常、この実装の困難さを回避するためには、信号光と放射光との間の距離を広げることが考えられる。   Usually, in order to avoid this difficulty in mounting, it is conceivable to increase the distance between the signal light and the emitted light.

ところで、信号光と放射光との間の距離を広げる考えとは別に、放射光を信号光に干渉させることで、干渉パターンを信号光から遠方に形成する発明が開示されている(例えば、特許文献2参照)。しかし、放射光と信号光が干渉するということは、つまり信号光が減衰することを意味しており、その結果、信号光の損失増加につながるか、あるいはあくまで干渉であるので信号光が影響できる範囲にのみ、つまり信号光に比較的近い領域にしか干渉パターンを形成することができないという問題点があり、上記課題の解決には至っていないというのが実情である。   By the way, apart from the idea of increasing the distance between the signal light and the radiated light, an invention is disclosed in which the interference pattern is formed far from the signal light by causing the radiated light to interfere with the signal light (for example, patents). Reference 2). However, the interference between the radiated light and the signal light means that the signal light is attenuated. As a result, the loss of the signal light is increased or the signal light can be influenced because it is an interference. There is a problem that the interference pattern can be formed only in the range, that is, only in a region relatively close to the signal light, and the fact is that the above problem has not been solved.

以上のように、キャピラリー10aに信号光用単一モード光ファイバ7と放射光受光用光ファイバ8の両方を実装することは極めて困難なことである。そこで、放射光受光用光ファイバ8を用いる代わりに、キャピラリー10aを通過した後の放射光をモニタフォトダイオード等のモニタフォトディテクタ11で受光する場合を考える。   As described above, it is extremely difficult to mount both the single-mode optical fiber 7 for signal light and the optical fiber 8 for receiving radiated light on the capillary 10a. Therefore, consider a case where the radiated light after passing through the capillary 10a is received by the monitor photodetector 11 such as a monitor photodiode instead of using the radiated light receiving optical fiber 8.

この場合、z−カットLN基板1とキャピラリー10aの屈折率を各々2.14と1.45とすると、放射光はキャピラリー10aの中を±0.7°×2.14/1.45=±1.0°の屈折角度で伝搬するので、放射光はキャピラリー10aの中に固定した信号光用単一モード光ファイバ7の極めて近くを伝搬するため、モニタフォトディテクタ11を実装することは事実上困難である。   In this case, assuming that the refractive indices of the z-cut LN substrate 1 and the capillary 10a are 2.14 and 1.45, respectively, the emitted light passes through the capillary 10a ± 0.7 ° × 2.14 / 1.45 = ± Since it propagates at a refraction angle of 1.0 °, the emitted light propagates very close to the signal light single-mode optical fiber 7 fixed in the capillary 10a, so that it is practically difficult to mount the monitor photodetector 11. It is.

[第2の従来技術]
図17は、これらの問題を解決する構造として、第2の従来技術によるモニタフォトディテクタ付きLN光変調器を示している。この第2の従来技術によるLN光変調器では、z−カットLN基板1を伝搬して来た放射光6a、6bをさらに後端が傾斜されているキャピラリー10bの中を放射光6c、6dとして伝搬させる。
[Second prior art]
FIG. 17 shows an LN optical modulator with a monitor photodetector according to the second prior art as a structure for solving these problems. In the LN optical modulator according to the second prior art, the emitted lights 6a and 6b propagated through the z-cut LN substrate 1 are used as emitted lights 6c and 6d in the capillary 10b whose rear end is further inclined. Propagate.

ここで、キャピラリー10bの後端傾斜面に、予め、誘電体多層膜14を堆積しておくことにより、光を全反射させて外部に出し、それをモニタフォトディテクタ11を用いて受光し、電流に変換する。   Here, by depositing a dielectric multilayer film 14 in advance on the inclined rear end surface of the capillary 10b, the light is totally reflected and emitted to the outside, and the light is received using the monitor photodetector 11 to generate a current. Convert.

ところが、この第2の従来技術によるLN光変調器には重要な問題点がある。以下、この問題点について考察する。まず、放射光6a、6bが基板端面1aを通過した後、モニタフォトディテクタ等のモニタフォトディテクタ11に達するまでの光路長について考える。   However, the LN optical modulator according to the second prior art has an important problem. This problem will be considered below. First, consider the optical path length from when the radiated lights 6a and 6b pass through the substrate end face 1a to the monitor photo detector 11 such as a monitor photo detector.

放射光6cの場合には、基板端面1aを通過後にキャピラリー10bの中をLの距離を伝搬した後、キャピラリー10aの後端傾斜面の誘電体多層膜14において反射され、さらにキャピラリー10aの中を上方にLの距離を伝搬する。その後、空気中をLの距離を伝搬し、モニタフォトディテクタに達する。キャピラリー10aの屈折率をnとすると、放射光6cの光学的な全光路長L6cはL6c=n+n+Lとなる。 When the emitted light 6c is, after the inside of the capillary 10b propagated through the distance L 1 after passing through the substrate end face 1a, it reflected at the dielectric multilayer film 14 of the rear inclined surface of the capillary 10a, further in the capillary 10a the propagation distance L 2 above. Thereafter, the air propagates a distance L 3, reaches the monitor photodetector. When the refractive index of the capillary 10a and n c, the optical total optical path length L 6c of the radiation 6c becomes L 6c = n c L 1 + n c L 2 + L 3.

一方、放射光6dの場合には、基板端面1aを通過後にキャピラリー10bの中をL4の距離を伝搬した後、キャピラリー10aの後端傾斜面の誘電体多層膜14において反射され、さらにキャピラリー10aの中を上方にL5の距離を伝搬する。その後、空気中をLの距離を伝搬し、フォトダイオード等のモニタフォトディテクタ11に達する。放射光6dの光学的な全光路長L6dはL6d=n+n+Lとなる。 On the other hand, in the case of the radiated light 6d, after passing through the substrate end face 1a and propagating through the distance L4 in the capillary 10b, it is reflected by the dielectric multilayer film 14 on the inclined rear face of the capillary 10a, and is further reflected on the capillary 10a. Propagate distance L5 up. Thereafter, the air propagates a distance L 6, reaches the monitor photodetector 11 such as a photodiode. The total optical path length L 6d of the emitted light 6d is L 6d = n c L 4 + n c L 5 + L 6 .

一方、放射光6a、6bはキャピラリー10aの中を互いに異なった角度±1.0°で伝搬し、キャピラリー10aの後端傾斜面の誘電体多層膜14において上方に反射された後、モニタフォトディテクタ11へ入射するときに、放射光6c、6dは図18に示すように、互いに重なり合い、干渉する。図18において、6iは放射光6cと6dとの重なり部(干渉部)である。   On the other hand, the radiated lights 6a and 6b propagate through the capillary 10a at different angles ± 1.0 ° and are reflected upward on the dielectric multilayer film 14 on the inclined surface at the rear end of the capillary 10a. As shown in FIG. 18, the emitted lights 6c and 6d overlap each other and interfere with each other. In FIG. 18, 6i is an overlapping part (interference part) of the radiation lights 6c and 6d.

ここで、放射光6c、6dの位相が約180度異なっている様子を図19に示す。放射光6cと6dの位相が互いに180度異なっている場合には、図20の(a)に示すようにそれらの重なり部にはそのパワーが零となる箇所がある。   Here, FIG. 19 shows a state in which the phases of the emitted lights 6c and 6d are different by about 180 degrees. When the phases of the emitted light 6c and 6d are different from each other by 180 degrees, as shown in FIG. 20A, there is a portion where the power is zero in the overlapping portion.

ところが、キャピラリー10aの屈折率nは温度により変化するので、放射光6c、6dがモニタフォトディテクタ11に入射する際の両光路長L6cとL6dは温度により変化することになる。その結果、放射光6c、6dの位相差は180度とは異なってくる。そのため、放射光6c、6dを重ねた結果、図20の(b)に示すように、放射光6cと6dの重なり部6iはどの箇所においても零とはならないことになる。 However, since the refractive index n c of the capillary 10a varies with temperature, both the optical path length L 6c and L 6d when synchrotron radiation 6c, 6d is incident on the monitor photo-detector 11 will vary with temperature. As a result, the phase difference between the emitted lights 6c and 6d is different from 180 degrees. Therefore, as a result of overlapping the radiation lights 6c and 6d, as shown in FIG. 20 (b), the overlapping portion 6i of the radiation lights 6c and 6d does not become zero at any location.

換言すると、図18から図20に示した放射光6cと6dの重なり部6iの光の強度が温度とともに変化してしまい、LN光変調器のDCバイアスコントロールに支障が生じることになる。   In other words, the intensity of the light at the overlapping portion 6i of the radiated light 6c and 6d shown in FIGS. 18 to 20 changes with temperature, which hinders the DC bias control of the LN optical modulator.

また、図16に示した第1の従来技術におけるキャピラリー10aの場合と同様に、この第2の従来技術においてもキャピラリー10bには信号光用単一モード光ファイバ7を実装する必要がある。また、いずれのキャピラリー10a、10bでも信号光用単一モード光ファイバ7の実装を容易にするために、キャピラリー10aと10bの後端に信号光用単一モード光ファイバ7の外形よりも大きなガイド用のザグリを入れておくことが望ましい。   Similarly to the case of the capillary 10a in the first prior art shown in FIG. 16, in the second prior art, it is necessary to mount the single mode optical fiber 7 for signal light on the capillary 10b. Further, in order to facilitate mounting of the signal light single mode optical fiber 7 in any of the capillaries 10a and 10b, a guide larger than the outer shape of the signal light single mode optical fiber 7 is provided at the rear ends of the capillaries 10a and 10b. It is desirable to have a counterbore for use.

しかるに、いずれのキャピラリー10a、10bでもその中の信号光用単一モード光ファイバ7の近傍を放射光が伝搬するために、キャピラリー10aと10bの後端にそのようなガイド用のこのザグリを設けることはできない。   However, since the radiated light propagates in the vicinity of the signal light single mode optical fiber 7 in any of the capillaries 10a and 10b, such counterbore for guiding is provided at the rear ends of the capillaries 10a and 10b. It is not possible.

[第3の従来技術]
図21は、これらの問題を解決する構造として、第3の従来技術によるモニタフォトディテクタ付きLN光変調器を示している。この第3の従来技術によるLN光変調器では、放射光6cのみをモニタフォトディテクタ11により受光するために、キャピラリー10cを図21に示すように加工し、放射光6dがモニタフォトディテクタ11には入射しないように工夫している。なお、キャピラリー10cを半分切り欠くことにより信号光用単一モード光ファイバ7の実装のガイドをすることが可能となる。
[Third prior art]
FIG. 21 shows an LN optical modulator with a monitor photodetector according to the third prior art as a structure for solving these problems. In the LN optical modulator according to the third prior art, the capillary 10c is processed as shown in FIG. 21 so that only the emitted light 6c is received by the monitor photodetector 11, and the emitted light 6d does not enter the monitor photodetector 11. It is devised as follows. It is possible to guide the mounting of the signal light single-mode optical fiber 7 by cutting the capillary 10c halfway.

しかしながら、この第3の従来技術によるLN光変調器の構造では、キャピラリー10cを複雑な構造に加工する必要があるとともに、図17に示した第2の従来技術によるLN光変調器のキャピラリー10bと同じく、キャピラリー10cの後端傾斜面に光を全反射させるための誘電体多層膜15などを堆積する必要があり、光変調器全体としての製作のコストがますます高くなってしまうという問題がある。   However, in the structure of the LN optical modulator according to the third prior art, the capillary 10c needs to be processed into a complicated structure, and the capillary 10b of the LN optical modulator according to the second prior art shown in FIG. Similarly, it is necessary to deposit a dielectric multilayer film 15 or the like for totally reflecting light on the inclined rear end surface of the capillary 10c, and there is a problem that the manufacturing cost of the entire optical modulator becomes higher. .

[第4の従来技術]
図22に特許文献4に開示された第4の従来技術のモニタフォトディテクタ付きLN光変調器についてその斜視図を示す。ここで、50はz−カットLN基板、51は光導波路、51Aは入力光導波路、51Bは多モード干渉光導波路(MMI)からなる入力用3−dBカプラ、51C、51Dは相互作用光導波路、51Eは多モード干渉光導波路(MMI)からなる出力用3−dBカプラ、51Fは信号光出力用光導波路、51Gはモニタ光出力用光導波路、53は反射溝、52は進行波電極、52Aは中心導体、52Bは接地導体、52Cはパッド、54はモニタフォトディテクタ、55はブロック材である。56はモニタ光出力用光導波路51Gを出射後、反射溝53により反射された後、モニタフォトディテクタ54へ向かうモニタ光である。
[Fourth Prior Art]
FIG. 22 shows a perspective view of a fourth conventional LN optical modulator with a monitor photodetector disclosed in Patent Document 4. In FIG. Here, 50 is a z-cut LN substrate, 51 is an optical waveguide, 51A is an input optical waveguide, 51B is an input 3-dB coupler consisting of a multimode interference optical waveguide (MMI), 51C and 51D are interactive optical waveguides, 51E is an output 3-dB coupler made of a multimode interference optical waveguide (MMI), 51F is a signal light output optical waveguide, 51G is a monitor light output optical waveguide, 53 is a reflection groove, 52 is a traveling wave electrode, and 52A is A central conductor, 52B is a ground conductor, 52C is a pad, 54 is a monitor photodetector, and 55 is a block material. Reference numeral 56 denotes monitor light that exits the monitor light output optical waveguide 51 </ b> G, is reflected by the reflection groove 53, and then travels toward the monitor photodetector 54.

この第4の従来技術における出力用3−dBカプラ51E付近や反射溝53を含む拡大図を図23に示す。但し、紙面の関係上、長手方向を大幅に縮小している。この図からわかるように、モニタ光出力用光導波路51Gから出射された光が反射溝53により反射され、モニタフォトディテクタ11に向かうモニタ光56として伝搬している。   FIG. 23 shows an enlarged view including the vicinity of the output 3-dB coupler 51E and the reflection groove 53 in the fourth prior art. However, the longitudinal direction is greatly reduced due to the space on the paper. As can be seen from this figure, the light emitted from the monitor light output optical waveguide 51 </ b> G is reflected by the reflection groove 53 and propagates as the monitor light 56 toward the monitor photodetector 11.

ところが、この第4の従来技術には大きな問題がある。つまり、モニタ光出力用光導波路51Gを使用しているために、必然的に3−dBカプラを用いることになる。この3−dBカプラとしては方向性結合器型3−dBカプラと、方向性結合器における2本の光導波路のギャップがゼロとなったゼロギャップ方向性結合器、即ちMMI型3−dBカプラがある。この第4の従来技術においてはMMI型の出力用3−dBカプラ51Eを用いている。   However, this fourth prior art has a big problem. That is, since the monitor light output optical waveguide 51G is used, a 3-dB coupler is inevitably used. As this 3-dB coupler, there are a directional coupler type 3-dB coupler and a zero gap directional coupler in which the gap between two optical waveguides in the directional coupler is zero, that is, an MMI type 3-dB coupler. is there. In the fourth prior art, an MMI type 3-dB coupler for output 51E is used.

さて、この出力用3−dBカプラ51Eの長さLMMIが設計値からずれると、挿入損失が増大する、あるいは信号のON/OFF比(消光比)が充分に確保できないという深刻な事態を生じる。そして図23に示している出力用3−dBカプラ51Eの長さLMMIの理想値は出力用3−dBカプラ51Eの幅WMMIにより規定される。 Now, if the length L MMI of the output 3-dB coupler 51E deviates from the design value, a serious situation occurs in which the insertion loss increases or the ON / OFF ratio (extinction ratio) of the signal cannot be secured sufficiently. . The ideal value of the length L MMI of the output 3-dB coupler 51E shown in FIG. 23 is defined by the width W MMI of the output 3-dB coupler 51E.

図24には出力用3−dBカプラ51Eの幅WMMIを変数とした場合における出力用3−dBカプラ51Eの長さLMMIの設計値(理想値)を示す。図からわかるように、長さLMMIは幅WMMIの2乗に比例する。従って、フォトリソグラフィーでの露光条件や現像条件のわずかなばらつきにより幅WMMIが設計値からずれ、その結果3−dBカプラとなる条件から長さLMMIがはずれてしまう。そして、こうした事態が生じると前述のように、挿入損失と信号のON/OFF比の観点からz−カットLN光変調器としての特性が著しく劣化する。出力用3−dBカプラ51Eを作る際の幅WMMIの精度として1μm程度の高い製作精度が要求されるので、製作のトレランスが厳しい構造と言える。 FIG. 24 shows a design value (ideal value) of the length L MMI of the output 3-dB coupler 51E when the width W MMI of the output 3-dB coupler 51E is a variable. As can be seen, the length L MMI is proportional to the square of the width W MMI . Therefore, the width W MMI deviates from the design value due to slight variations in the exposure conditions and development conditions in photolithography, and as a result, the length L MMI deviates from the condition of becoming a 3-dB coupler. When such a situation occurs, as described above, the characteristics as the z-cut LN optical modulator are significantly deteriorated from the viewpoint of the insertion loss and the ON / OFF ratio of the signal. A high manufacturing accuracy of about 1 μm is required as the accuracy of the width W MMI when the output 3-dB coupler 51E is manufactured. Therefore, it can be said that the manufacturing tolerance is severe.

出力用3−dBカプラ51Eが波長依存性の特性を持つ点も問題である。図25はz−カットLN光変調器を動作させる波長に対する挿入損失のグラフである。このように、ある波長(例えば1.55μm)において挿入損失が最小となるように設計すると、他の波長では挿入損失が増加(同時にON/OFF比が劣化)してしまう。そのため、フルCバンド、あるいはフルLバンドなどと極めて広い波長範囲で使用する波長多重(DWDM)伝送方式には図23に示した第4の従来技術を適用することは不利となる。   Another problem is that the output 3-dB coupler 51E has wavelength-dependent characteristics. FIG. 25 is a graph of insertion loss versus wavelength for operating the z-cut LN optical modulator. In this way, when the design is made such that the insertion loss is minimized at a certain wavelength (for example, 1.55 μm), the insertion loss increases at the other wavelengths (at the same time, the ON / OFF ratio deteriorates). Therefore, it is disadvantageous to apply the fourth prior art shown in FIG. 23 to a wavelength division multiplexing (DWDM) transmission method used in a very wide wavelength range such as full C band or full L band.

[第5の従来技術]
図26には同じく、特許文献4に開示された第5の従来技術によるモニタフォトディテクタ付きLN光変調器を示す。この第5の従来技術では図22に示した第4の従来技術における入力用3−dBカプラ51Bと出力用3−dBカプラ51Eの代わりにY分岐型の分波器と合波器を使用している。なお、入力側については入力用Y分岐、あるいは入力用Y分岐光導波路、また出力側については出力用Y分岐、あるいは出力用Y分岐光導波路とも言う。ここで、51Hは入力光導波路であり、51B´は入力用Y分岐の分岐点、51Iは出力光導波路である。56´は出力用Y分岐の合波点51E´から放射された放射光であり、反射溝53により反射されてモニタ光56´´としてモニタフォトディテクタ54に向かって伝搬している。このようにMMIからなる3−dBカプラの代わりにY分岐型の光導波路を使用することにより、図24と図25において説明した第4の従来技術が持つ問題点は解消できたが、この第5の従来技術には実用上極めて大きな問題点がある。
[Fifth Prior Art]
Similarly, FIG. 26 shows an LN optical modulator with a monitor photodetector according to the fifth prior art disclosed in Patent Document 4. In the fifth prior art, a Y branching type demultiplexer and a multiplexer are used instead of the input 3-dB coupler 51B and the output 3-dB coupler 51E in the fourth prior art shown in FIG. ing. The input side is also referred to as an input Y-branch or input Y-branch optical waveguide, and the output side is also referred to as an output Y-branch or output Y-branch optical waveguide. Here, 51H is an input optical waveguide, 51B ′ is a branch point of the Y branch for input, and 51I is an output optical waveguide. Reference numeral 56 ′ denotes radiated light emitted from the output Y-branch multiplexing point 51 E ′, which is reflected by the reflection groove 53 and propagates toward the monitor photodetector 54 as monitor light 56 ″. Thus, by using a Y-branch type optical waveguide instead of the 3-dB coupler made of MMI, the problems of the fourth prior art described in FIGS. 24 and 25 can be solved. The prior art 5 has a very large problem in practical use.

図から明らかにわかるように、反射溝53は出力用Y分岐の合波点51E´から距離的に離れ、光が出力される側の端面(光出力側端面)58の近傍に形成されている。さらに、挿入損失の観点から出力光導波路51Iに影響を及ぼさない距離に形成する必要がある反射溝53が、出力光導波路51Iとモニタフォトディテクタ54の間に設けられている。放射光56´は水平方向にわずか約0.7度しか広がっていないことを考えると、このことも反射溝53が出力用Y分岐の合波点51E´から距離的に離れて光出力側端面58の近傍に形成されていることを示唆している。   As can be clearly seen from the figure, the reflection groove 53 is formed in the vicinity of the end face (light output side end face) 58 on the side where light is output, away from the output Y-branch multiplexing point 51E ′. . Further, a reflection groove 53 that needs to be formed at a distance that does not affect the output optical waveguide 51I from the viewpoint of insertion loss is provided between the output optical waveguide 51I and the monitor photodetector 54. Considering that the radiated light 56 'spreads only about 0.7 degrees in the horizontal direction, this also means that the reflection groove 53 is separated from the output Y-branch multiplexing point 51E' by a distance and the light output side end face It is suggested that it is formed in the vicinity of 58.

そして図27には出力用Y分岐の合波点51E´からの距離に対する放射光56´のパワーの中心が存在する深さ(図15のH)を示している。第1の従来技術において説明したように、放射光が不図示の信号光用単一モード光ファイバ(図12の7を参照)に入射して信号光のON/OFF比が劣化するのを防ぐためには、出力光導波路51Iの長さとして最低2〜3mm、望ましくは4mm程度必要である。出力光導波路51Iがこの程度の長さを有すると、反射溝53は光出力側端面58の近傍に形成されているので、z−カットLN基板50の深さ方向に0.9度の傾きで伝搬することを考えると、図27からわかるように放射光56´のパワーの中心は出力光導波路51Iの長さが2〜3mmの場合でも30〜40μmもの深さにあり、出力光導波路51Iの長さが4mmの場合には、63μmもの深さにある。   FIG. 27 shows the depth (H in FIG. 15) where the center of the power of the radiated light 56 ′ exists with respect to the distance from the combining point 51E ′ of the output Y branch. As described in the first prior art, the ON / OFF ratio of signal light is prevented from deteriorating due to incident incident light on a signal light single mode optical fiber (see 7 in FIG. 12) (not shown). For this purpose, the length of the output optical waveguide 51I is at least 2 to 3 mm, preferably about 4 mm. When the output optical waveguide 51I has such a length, the reflection groove 53 is formed in the vicinity of the light output side end face 58, so that the z-cut LN substrate 50 is inclined at a depth of 0.9 degrees in the depth direction. Considering the propagation, as can be seen from FIG. 27, the center of the power of the radiated light 56 ′ is as deep as 30 to 40 μm even when the length of the output optical waveguide 51 I is 2 to 3 mm. When the length is 4 mm, it is as deep as 63 μm.

このことから、この第5の従来技術の問題点を直ちに理解することができる。つまり、モニタ光56´´を効率よくモニタフォトディテクタ11に入射させるためには、数十ミクロンの深さの反射溝53を形成する必要がある。そして通常のドライエッチング装置のエッチング速度は装置に依存はするものの、通常10nm/分から0.1μm/分程度であり、数十ミクロンもの深い反射溝を形成することは極めて困難である。また、反射溝をドライエッチングではなくダイサーで形成しようとしてもダイサーの歯の直径は数センチメートルもあるので、出力光導波路を傷つけることなく反射溝を形成することは不可能である。   From this, it is possible to immediately understand the problem of the fifth prior art. That is, in order for the monitor light 56 ″ to enter the monitor photodetector 11 efficiently, it is necessary to form the reflection groove 53 having a depth of several tens of microns. Although the etching rate of a normal dry etching apparatus depends on the apparatus, it is usually about 10 nm / min to 0.1 μm / min, and it is extremely difficult to form a deep reflection groove of several tens of microns. Even if the reflection groove is formed by dicer instead of dry etching, it is impossible to form the reflection groove without damaging the output optical waveguide because the diameter of the dicer teeth is several centimeters.

しかも、この第5の従来技術では反射溝53の反射面は曲率として凸の曲面形状であることを規定しており、このことがモニタフォトディテクタ54によりモニタ光56´´の受光をさらに困難にする。つまり、基板を数ミリも伝搬した放射光56´は大変広がっており、その上曲率が凸の曲面の反射面で反射させると放射光56´はモニタフォトディテクタ54の受光面よりも広くなり効率が極めて劣化してしまう。
特開平3−145623号公報 特開平10−228006号公報 特開2001−281507号公報 特開2005−345554号公報
Moreover, in the fifth prior art, the reflecting surface of the reflecting groove 53 is defined as a convex curved surface as a curvature, which makes it difficult to receive the monitor light 56 ″ by the monitor photo detector 54. . In other words, the radiated light 56 ′ that has propagated several millimeters through the substrate is very wide, and if reflected on the reflecting surface having a convex curvature, the radiated light 56 ′ becomes wider than the light receiving surface of the monitor photodetector 54, and the efficiency is increased. It will deteriorate extremely.
Japanese Patent Laid-Open No. 3-145623 JP-A-10-228006 JP 2001-281507 A JP 2005-345554 A

以上のように、LN光変調器のDCバイアスを制御するために各種のモニタフォトディテクタ付き光変調器が提案された。しかしながら、第1の従来技術では信号光用単一モード光ファイバとが距離的に極めて近いために放射光受光用光ファイバの実装が困難であった。また第2の従来技術ではLN光変調器を使用する際の環境温度が変化すると、モニタフォトディテクタに入射する放射光の強度が変化するためにDCバイアスコントロールに問題が生じた。そして、第3の従来技術では信号光用単一モード光ファイバを実装し、かつモニタフォトディテクタに放射光を送るためのキャピラリーの形状が複雑であり、LN光変調器のコストアップの一因となっていた。第4の従来技術では出力用3−dBカプラの特性のために製作のトレランスが厳しい、あるいは挿入損失や信号のON/OFF比(消光比)に波長依存性が生じるとという問題があった。さらに、第5の従来技術では放射光を反射させることによりモニタ光としてモニタフォトディテクタに伝搬させる反射溝がLN光変調器における光の出力側端面付近に形成されていた。そのため、反射溝を何十ミクロンと深くエッチングする必要があり、ドライエッチング装置を使用してその形成することは難航を極めていた。また、例えダイサーを使用しても、信号光を出力する出力光導波路を傷つけることなく反射溝を形成することは不可能であった。   As described above, various optical modulators with monitor photodetectors have been proposed to control the DC bias of the LN optical modulator. However, in the first prior art, since the single-mode optical fiber for signal light is extremely close in distance, it is difficult to mount the optical fiber for receiving radiated light. In the second prior art, if the ambient temperature when using the LN optical modulator changes, the intensity of the radiated light incident on the monitor photodetector changes, causing a problem in DC bias control. In the third prior art, a single mode optical fiber for signal light is mounted, and the shape of the capillary for sending the radiated light to the monitor photodetector is complicated, which contributes to the cost increase of the LN optical modulator. It was. The fourth prior art has a problem that production tolerance is severe due to the characteristics of the output 3-dB coupler, or wavelength dependency occurs in the insertion loss and signal ON / OFF ratio (extinction ratio). Further, in the fifth prior art, a reflection groove for propagating the radiated light to the monitor photodetector as the monitor light is formed in the vicinity of the light output side end face of the LN optical modulator. Therefore, it is necessary to etch the reflection groove as deep as tens of microns, and it is extremely difficult to form the reflection groove using a dry etching apparatus. Moreover, even if a dicer is used, it is impossible to form a reflection groove without damaging the output optical waveguide that outputs signal light.

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、モニタフォトディテクタの実装を容易にするともに、小型で動作状態が安定なモニタフォトディテクタ付き光変調器を提供することを目的としている。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical modulator with a monitor photo detector that solves the above-described problems of the prior art, facilitates the mounting of the monitor photo detector, and is small in size and stable in the operation state. Yes.

上記課題を解決するために、本発明の請求項1のモニタフォトディテクタ付き光変調器は、電気光学効果を有する基板(1)と、光を導波するための光導波路(2)と、前記光を変調するための電圧を印加する中心導体(4)及び接地導体(5a、5b)とを具備し、前記光導波路は、少なくとも前記光を入射するための入力光導波路(2a)と、前記入力光導波路に入射した光を分岐する分岐光導波路(2b)と、前記中心導体と前記接地導体との間に前記電圧を印加することにより前記光の位相を変調するための相互作用光導波路(2c−1、2c−2)と、前記相互作用光導波路を伝搬した前記光を合波する合波光導波路(2d)と、該合波光導波路の合波点(2h)を介して前記合波光導波路に接続されている出力光導波路(2f)とを有しており、位相変調された光が前記合波光導波路において合波されて生成される高次モードが前記出力光導波路をほとんど伝搬せずに前記基板内に前記合波点から放射光(30a、30b)として放射される光変調器と、前記光変調器の前記基板内に前記合波点から放射される前記放射光を検出し、前記基板の裏面以外の位置にあるモニタフォトディテクタ(11)とを具備するモニタフォトディテクタ付き光変調器において、前記放射光(30b)を反射することにより、前記放射光を前記モニタフォトディテクタに向かって伝搬するモニタ光(30c)に変換する反射溝(20)を備え、該反射溝は前記出力光導波路に対して前記モニタフォトディテクタを設置する側と反対側の前記基板の表面に形成されていることを特徴とする。   In order to solve the above problems, an optical modulator with a monitor photodetector according to claim 1 of the present invention is a substrate (1) having an electro-optic effect, an optical waveguide (2) for guiding light, and the light A central conductor (4) and a ground conductor (5a, 5b) for applying a voltage for modulating the optical waveguide, wherein the optical waveguide includes at least the input optical waveguide (2a) for entering the light and the input A branched optical waveguide (2b) for branching light incident on the optical waveguide, and an interactive optical waveguide (2c) for modulating the phase of the light by applying the voltage between the central conductor and the ground conductor. -1, 2c-2), a combined optical waveguide (2d) for combining the light propagated through the interaction optical waveguide, and the combined signal via the combined point (2h) of the combined optical waveguide. Output optical waveguide connected to the optical waveguide (2f) The higher-order mode generated by combining the phase-modulated light in the combined optical waveguide hardly propagates through the output optical waveguide and radiates light from the combined point into the substrate. (30a, 30b) and an optical modulator that detects the radiated light emitted from the multiplexing point in the substrate of the optical modulator, and a monitor photo detector located at a position other than the back surface of the substrate ( 11) a reflection groove (20) that converts the emitted light into monitor light (30c) that propagates toward the monitor photodetector by reflecting the emitted light (30b). And the reflection groove is formed on the surface of the substrate opposite to the side where the monitor photodetector is installed with respect to the output optical waveguide.

本発明の請求項2のモニタフォトディテクタ付き光変調器は、前記モニタ光が前記出力光導波路の下方で前記出力光導波路をクロスして伝搬することを特徴とする。   The optical modulator with a monitor photodetector according to a second aspect of the present invention is characterized in that the monitor light propagates crossing the output optical waveguide below the output optical waveguide.

本発明の請求項3のモニタフォトディテクタ付き光変調器は、前記合波点がY分岐光導波路に形成されていることを特徴とする。   The optical modulator with a monitor photodetector according to a third aspect of the present invention is characterized in that the multiplexing point is formed in a Y-branch optical waveguide.

本発明の請求項4のモニタフォトディテクタ付き光変調器は、前記光導波路がマッハツェンダ型光導波路であることを特徴とする。   The optical modulator with a monitor photodetector according to a fourth aspect of the present invention is characterized in that the optical waveguide is a Mach-Zehnder type optical waveguide.

本発明の請求項5のモニタフォトディテクタ付き光変調器は、前記モニタフォトディテクタを前記基板の長手方向の側面方向か、前記基板の後端方向の少なくとも一つに具備することを特徴とする。   The optical modulator with a monitor photodetector according to a fifth aspect of the present invention is characterized in that the monitor photodetector is provided in at least one of a side surface direction in the longitudinal direction of the substrate or a rear end direction of the substrate.

本発明の請求項6のモニタフォトディテクタ付き光変調器は、前記モニタフォトディテクタを前記基板に対して空間を介して具備していることを特徴とする。   An optical modulator with a monitor photodetector according to a sixth aspect of the present invention is characterized in that the monitor photodetector is provided with respect to the substrate through a space.

本発明の請求項7のモニタフォトディテクタ付き光変調器は、前記光導波路は並列に構成された2個以上のマッハツェンダ型光導波路からなることを特徴とする。   The optical modulator with a monitor photodetector according to claim 7 of the present invention is characterized in that the optical waveguide is composed of two or more Mach-Zehnder optical waveguides arranged in parallel.

本発明の請求項8のモニタフォトディテクタ付き光変調器は、前記基板が半導体からなることを特徴とする。   The optical modulator with a monitor photodetector according to an eighth aspect of the present invention is characterized in that the substrate is made of a semiconductor.

本発明では、合波点から出射される放射光を反射し、モニタ光としてモニタフォトディテクタに伝搬させることのできる反射溝をLN光変調器が具備する出力用Y分岐光導波路の合波点の近傍に形成する。そして、反射溝により放射光から変換されたモニタ光は信号光が伝搬する出力光導波路の下をクロスしてモニタフォトディテクタに向かう。本発明では、反射溝は出力用Y分岐光導波路の合波点の近傍に形成するので、反射溝を形成するために深くエッチングしなくても良く、製作性が飛躍的に改善されるという利点がある。また、放射光が大きく広がる前に反射するので効率良くモニタ光を生成することが可能となるという利点もある。   In the present invention, the vicinity of the multiplexing point of the output Y-branch optical waveguide provided with the LN optical modulator has a reflection groove that can reflect the radiation emitted from the multiplexing point and propagate it to the monitor photodetector as monitor light. To form. The monitor light converted from the radiated light by the reflection groove crosses under the output optical waveguide through which the signal light propagates and travels to the monitor photodetector. In the present invention, since the reflection groove is formed in the vicinity of the multiplexing point of the output Y-branch optical waveguide, it is not necessary to etch deeply in order to form the reflection groove, and the productivity is greatly improved. There is. In addition, since the reflected light is reflected before it spreads greatly, there is an advantage that the monitor light can be generated efficiently.

以下、本発明によるモニタフォトディテクタ付き光変調器の実施形態について説明するが、図12から図27に示した第1から第5の従来技術と同一番号は同一機能部に対応しているため、ここでは同じ番号を持つ機能部の説明を省略する。   Embodiments of an optical modulator with a monitor photodetector according to the present invention will be described below. The same reference numerals as those in the first to fifth prior arts shown in FIGS. Then, description of the functional part having the same number is omitted.

[第1の実施形態]
図1は、本発明によるモニタフォトディテクタ付き光変調器の第1の実施形態として適用されるLN光変調器の構成を示す斜視図である。また、図2は図1の放射光30a、30bが発生する領域の詳しい上面図である。つまり、図1と図2は光信号がOFFの状態を説明している。但し、説明をわかりやすくするために、図1と図2においては放射光30aを省略した。また、紙面の関係上、長手方向を大幅に縮小している。また、図1では図13に示した第1の従来技術よりもY分岐光導波路について詳しく描いている。つまり、入力用Y分岐光導波路を含め、実際のY分岐光導波路には図2のように光導波路の幅が広くなっている遷移領域2iがある。この遷移領域2iの長さLは通常1mm〜2mm程度である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an LN optical modulator applied as a first embodiment of an optical modulator with a monitor photodetector according to the present invention. FIG. 2 is a detailed top view of a region where the emitted lights 30a and 30b of FIG. 1 are generated. That is, FIGS. 1 and 2 illustrate a state in which the optical signal is OFF. However, for easy understanding, the emitted light 30a is omitted in FIGS. In addition, the longitudinal direction is greatly reduced due to space limitations. Further, in FIG. 1, the Y branch optical waveguide is depicted in more detail than the first prior art shown in FIG. That is, the actual Y-branch optical waveguide including the input Y-branch optical waveguide has a transition region 2i in which the width of the optical waveguide is wide as shown in FIG. The length L Y in the transition region 2i is usually about 1 mm to 2 mm.

本発明の大きな特徴として、反射溝20を第5の従来技術のような出力用Y分岐光導波路の合波点2h(図26では51E´)から大きく離れた場所ではなく、出力用Y分岐光導波路の合波点2hの近傍に設けている。そして、出力光導波路2eに対して、モニタフォトディテクタ11を設置している側とは反対の側の基板表面に反射溝20を形成し、いわばモニタフォトディテクタ11と反射溝20で出力光導波路2eを挟んだ配置としている。   As a major feature of the present invention, the reflection groove 20 is not located far away from the combining point 2h (51E ′ in FIG. 26) of the output Y-branch optical waveguide as in the fifth prior art, but the output Y-branch light. It is provided in the vicinity of the multiplexing point 2h of the waveguide. Then, with respect to the output optical waveguide 2e, a reflection groove 20 is formed on the substrate surface opposite to the side on which the monitor photo detector 11 is installed. In other words, the output optical waveguide 2e is sandwiched between the monitor photo detector 11 and the reflection groove 20. It is an arrangement.

この第1の実施形態についてその動作を説明する。光信号がOFF時には出力用Y分岐光導波路の合波点2hから放射光30bが発生する(前述のように、実際には放射光30aも発生するが図2ではこれを省略した)。この放射光30bは反射溝20により反射され、モニタ光30cとして出力用光導波路2e(及び、放射光30a)の下方をクロスして伝搬し、モニタフォトディテクタ11がある側の基板側面40へ向かう。そして基板側面40から出射された後に、モニタフォトディテクタ11に入射する。図2に示す放射光30bとモニタ光30cの中の実線は各々のパワーの中心が描く軌跡を表す。また、光のパワーは実際には広がっており、破線がその広がりを示している。なお、モニタ光30cと放射光30aは進行方向がほぼ90度異なっているので、例えモニタ光30cと放射光30aが同じ位置で交差してもお互いに影響を及ぼすことはない。   The operation of the first embodiment will be described. When the optical signal is OFF, the radiated light 30b is generated from the combining point 2h of the output Y-branch optical waveguide (as described above, the radiated light 30a is actually generated, but this is omitted in FIG. 2). The radiated light 30b is reflected by the reflection groove 20, propagates as monitor light 30c across the output optical waveguide 2e (and radiated light 30a), and travels toward the substrate side surface 40 on the side where the monitor photodetector 11 is located. Then, after being emitted from the substrate side surface 40, the light enters the monitor photodetector 11. A solid line in the radiation light 30b and the monitor light 30c shown in FIG. 2 represents a locus drawn by the center of each power. Moreover, the power of light is actually spreading, and the broken line shows the spreading. Since the traveling directions of the monitor light 30c and the radiated light 30a are approximately 90 degrees different from each other, even if the monitor light 30c and the radiated light 30a intersect at the same position, they do not affect each other.

図2に示すように放射光30bのパワーの中心は出力光導波路2eに対して水平方向に角度0.7度で伝搬する。次に、図3でこの点を詳しく議論する。放射光30bが距離Lprop伝搬した際に出力光導波路2eから距離X離れる。図2に示したように、放射光30bは実際には広がりを持つので、反射溝20を出力光導波路2eから少なくとも距離Xの位置に形成しておけば、充分なモニタ光30cを得ることができる。なお、反射溝20が出力光導波路2eを伝搬する光に影響を及ぼさないようにするには距離Xとして1μm以上、できれば約2μmを確保したい。 As shown in FIG. 2, the center of the power of the radiation light 30b propagates at an angle of 0.7 degrees in the horizontal direction with respect to the output optical waveguide 2e. Next, this point will be discussed in detail in FIG. Leaving a distance X R from the output optical waveguide 2e when the emitted light 30b is distance L prop propagation. As shown in FIG. 2, since the emitted light 30b actually has a spread, by forming a position of at least the distance X R the reflecting groove 20 from the output optical waveguide 2e, to obtain a sufficient monitor light 30c Can do. Note that to avoid affecting the light reflecting groove 20 is propagated to the output optical waveguide 2e is 1μm or more as the distance X R, we want to ensure about 2μm if possible.

なお、ここで図中のWは反射溝20の幅であり、フォトリソグラフィーとドライエッチ時のマスクの後退を考えると4μm程度は必要である。このために、反射溝20を出力光導波路2eとモニタフォトディテクタ11の間のz−カットLN基板1に形成することは困難である。 Here, W G in the figure is the width of the reflective grooves 20, 4 [mu] m approximately Given the retraction of photolithography and dry etching when the mask is needed. For this reason, it is difficult to form the reflection groove 20 on the z-cut LN substrate 1 between the output optical waveguide 2e and the monitor photodetector 11.

図4は図3のA−A´における深さ方向の断面図であり、放射光30bの深さ方向における振る舞いを説明している。図4に示すように放射光30bのパワーの中心は0.9度の傾きでz−カットLN基板1の下方に向かって伝搬する。ここで、図3と同じように考え、放射光30bが距離Lprop伝搬した際に出力光導波路2eから深さ方向に距離Y離れるとする。 FIG. 4 is a cross-sectional view in the depth direction along AA ′ in FIG. 3 and explains the behavior of the emitted light 30b in the depth direction. As shown in FIG. 4, the center of the power of the radiated light 30b propagates toward the lower side of the z-cut LN substrate 1 with an inclination of 0.9 degrees. Here, in the same way as in FIG. 3, when the radiated light 30b propagates the distance L prop , it is assumed that the distance Y R is separated from the output optical waveguide 2e in the depth direction.

図5には放射光30bが伝搬した距離Lpropに対する距離Xと距離Yの値を示す。図からわかるように、距離Xを2μmとすると、それに対応する距離Yは2.6μmとなる(これは、2μm×0.9度/0.7度としても容易に求まる)。なお、この時の伝搬距離Lpropは約160μmと求まる。つまり、本発明では出力用Y分岐光導波路の合波点2hから160μm程度の距離に反射溝20を形成すれば良い。 FIG. 5 shows the value of the distance X R and the distance Y R for the distance L prop the emitted light 30b is propagated. As can be seen, when the distance X R and 2 [mu] m, distance Y R becomes 2.6μm corresponding thereto (which also easily obtained as 2 [mu] m × 0.9 ° /0.7 degrees). The propagation distance Lprop at this time is determined to be about 160 μm. That is, in the present invention, the reflection groove 20 may be formed at a distance of about 160 μm from the combining point 2h of the output Y branch optical waveguide.

なお、この約160μmという値はあくまで一例でありXをもっと小さくすれば伝搬距離Lpropをより短くしても良いし、逆に距離Xをやや大きくすれば、伝搬距離Lpropはやや長くなる。但し、本発明においては第5の従来技術のようにz−カットLN光変調器の光出力側端面の近くに反射溝20を形成することはない。 Incidentally, the this about a value of 160μm may be only a shorter propagation distance L prop if a is more reduced X R an example, if a slightly larger distance X R Conversely, the propagation distance L prop is slightly longer Become. However, in the present invention, unlike the fifth prior art, the reflection groove 20 is not formed near the light output side end face of the z-cut LN optical modulator.

前述のように出力用Y分岐光導波路の遷移領域2iの長さLは通常1mm〜2mm程度であり、また出力光導波路2eの長さは最低でも2〜3mm、望ましくは4mm程度である。従って、光出力側端面の近傍に反射溝(図26の53)を形成する従来の第5の従来技術とは異なり、本発明では出力用Y分岐光導波路の合波点2hのいかに近傍に反射溝20を形成しているかがわかる。 As described above, the length L Y of the transition region 2i of the output Y-branch optical waveguide is usually about 1 mm to 2 mm, and the length of the output optical waveguide 2e is at least 2 to 3 mm, preferably about 4 mm. Therefore, unlike the conventional fifth conventional technique in which the reflection groove (53 in FIG. 26) is formed in the vicinity of the end face on the light output side, the present invention reflects the light near the combining point 2h of the output Y-branch optical waveguide. It can be seen whether the groove 20 is formed.

図6には図3に示した上面図のB−B´での深さ方向における断面図を示す。ここで1はz−カットLN基板、61と62は図3には不図示ではあるがz−カットLN基板1を用いたLN光変調器に通常使用されているSiOバッファ層とSi導電層を各々表している。また、同様に図3には示していないが、実際にはAuを反射ミラー63として用いることにより、放射光30bをほぼ100%の高い効率でモニタ光30cに変換している。 FIG. 6 is a cross-sectional view in the depth direction at BB ′ of the top view shown in FIG. Here, 1 is a z-cut LN substrate, and 61 and 62 are SiO 2 buffer layers and Si conductive layers, which are not shown in FIG. 3, but are usually used in an LN optical modulator using the z-cut LN substrate 1. Respectively. Similarly, although not shown in FIG. 3, in practice, Au is used as the reflection mirror 63 to convert the emitted light 30b into the monitor light 30c with a high efficiency of almost 100%.

通常、反射溝20はドライエッチングなどのプロセス技術により形成する。従って、図6において反射溝20の壁20aの角度Θは90度ではなく60度〜75度程度と傾斜する。ここで注意すべきは反射溝20の壁20aの角度Θがあまりに小さくなるとモニタ光30cは大きな角度で下方に向かい、特開平4−24610号公報に開示されているように、図2のモニタフォトディテクタ11をz−カットLN基板1の直下にある不図示のパッケージ筐体の台座(以下、筐体台座)に設置する必要が生じる。ところが、モニタフォトディテクタ11は配線基板も含めるとその寸法は実際には3mm×4mm×5mm程度と大きく、寸法的に制約のある筐体台座への設置は困難である。また筐体台座は通常金属製なので配線がショートし易い、あるいはLN光変調器チップを固定する前にモニタフォトディテクタを設置しておかねばならず、その後のファイバ固定などに失敗すればモニタフォトディテクタも廃棄せねばならなくなり、コスト的にも問題が生じる、など特開平4−24610の構造は実用には適さないと言える。   Usually, the reflection groove 20 is formed by a process technique such as dry etching. Accordingly, in FIG. 6, the angle Θ of the wall 20 a of the reflection groove 20 is inclined at about 60 to 75 degrees instead of 90 degrees. It should be noted here that when the angle Θ of the wall 20a of the reflection groove 20 becomes too small, the monitor light 30c is directed downward at a large angle, and as disclosed in JP-A-4-24610, the monitor photo detector shown in FIG. 11 is required to be installed on a pedestal of a package housing (not shown) (hereinafter referred to as a housing pedestal) directly below the z-cut LN substrate 1. However, when the monitor photodetector 11 includes a wiring board, the size is actually as large as about 3 mm × 4 mm × 5 mm, and it is difficult to install the monitor photo detector 11 on a housing pedestal that is dimensionally limited. Also, since the housing base is usually made of metal, the wiring is likely to be short-circuited, or a monitor photo detector must be installed before fixing the LN optical modulator chip, and if the subsequent fiber fixing fails, the monitor photo detector is discarded. It can be said that the structure of Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-24610 is not suitable for practical use.

一方、本発明ではモニタ光30cをz−カットLN基板1の側面40から取り出すので、ファイバ固定に成功したモジュールのみにモニタフォトディテクタ11を後から設置すればよく、モニタフォトディテクタ11の設置が容易であるばかりでなく、コスト的に極めて有利である。なお、反射溝20の壁20aの角度Θは90度でも良いし、90度を越えても良い。また、例え反射溝20の形とその壁21の形や角度Θの与え方によって、モニタ光30cが不図示の筐体台座に当っても、最終的にz−カットLN基板1の側面40から取り出される限り、その構造は本発明に属する。   On the other hand, in the present invention, since the monitor light 30c is taken out from the side surface 40 of the z-cut LN substrate 1, the monitor photodetector 11 may be installed later only in the module that has been successfully fixed to the fiber, and the monitor photodetector 11 can be easily installed. Not only is this very cost effective. The angle Θ of the wall 20a of the reflection groove 20 may be 90 degrees or may exceed 90 degrees. Further, even if the monitor light 30c hits the housing pedestal (not shown) due to the shape of the reflection groove 20, the shape of the wall 21 and the way of giving the angle Θ, the side surface 40 of the z-cut LN substrate 1 is finally used. As long as it is removed, its structure belongs to the present invention.

図7には高性能LN光変調器として特開平4−288518号公報に開示されたリッジ構造を有するLN光変調器の相互作用部における断面図の一例を示す。ここで4は中心導体、5aと5bは接地導体、2c−1と2c−2は相互作用光導波路、61はSiOバッファ層、62はSi導電層である。このようにリッジ構造ではz−カットLN基板1の表面付近をドライエッチングなどにより凹凸、即ちリッジを形成する。本発明では、この相互作用部にリッジを形成する過程において反射溝20を同時に形成することができるので、本発明は従来のLN光変調器の製造工程との整合性が極めて良いと言える。 FIG. 7 shows an example of a cross-sectional view of an interaction portion of an LN optical modulator having a ridge structure disclosed in JP-A-4-288518 as a high-performance LN optical modulator. Here, 4 is a central conductor, 5a and 5b are ground conductors, 2c-1 and 2c-2 are interactive optical waveguides, 61 is a SiO 2 buffer layer, and 62 is a Si conductive layer. In this way, in the ridge structure, unevenness, that is, a ridge is formed near the surface of the z-cut LN substrate 1 by dry etching or the like. In the present invention, since the reflection groove 20 can be formed at the same time in the process of forming the ridge in the interaction portion, it can be said that the present invention has extremely good consistency with the manufacturing process of the conventional LN optical modulator.

なお、図1から図4に示した反射溝20の形としては各種の形が考えられる。図8では、放射光30bをモニタ光30cに変換する反射溝20の反射面41は平面である。また、図9では、放射光30bをモニタ光30dに変換する反射溝21の反射面42は凸の曲面である。本発明では図26に示した第5の従来技術と異なり、合波点2hの近傍に反射溝21を形成するので、反射面42が凸の曲面であってもモニタ光30dが広がり過ぎることはない。一方、図10では、放射光30bをモニタ光30eに変換する反射溝22の反射面43は凹の曲面である。なお、反射溝と反射面の形状はこれらに限らず、例えば反射溝は三角形でも良いし、反射面はより複雑な形状でも良い。これらのことは本発明の全ての実施形態に適用可能である。   Various shapes are conceivable as the shape of the reflection groove 20 shown in FIGS. In FIG. 8, the reflection surface 41 of the reflection groove 20 that converts the emitted light 30b into the monitor light 30c is a flat surface. In FIG. 9, the reflection surface 42 of the reflection groove 21 that converts the emitted light 30b into the monitor light 30d is a convex curved surface. In the present invention, unlike the fifth prior art shown in FIG. 26, the reflection groove 21 is formed in the vicinity of the combining point 2h. Therefore, even if the reflection surface 42 is a convex curved surface, the monitor light 30d does not spread too much. Absent. On the other hand, in FIG. 10, the reflection surface 43 of the reflection groove 22 that converts the emitted light 30b into the monitor light 30e is a concave curved surface. Note that the shapes of the reflection groove and the reflection surface are not limited to these. For example, the reflection groove may be a triangle, or the reflection surface may be a more complicated shape. These are applicable to all embodiments of the present invention.

また、図1ではz−カットLN基板1の側面40、もしくはさらに空間を介してモニタフォトディテクタ11を設置すると想定して説明しているが、放射光30bの反射溝20への水平方向における入射角度を調整することにより、モニタ光をz−カットLN基板1の後端側(つまり、光を出射する端面側)に出射し、その方向にモニタフォトディテクタ11を設置しても良い。また、出力光導波路2eを出力用Y分岐光導波路の合波点2hからモニタフォトディテクタ11がある基板側面40の方に少し曲げておけば反射溝20をより放射光30bに近づけることができるので、さらに効率よく放射光30bをモニタ光30cに変換することが可能となる。このことは本発明の全ての実施形態について言える。なお、モニタフォトディテクタ11はz−カットLN基板1と同じ高さに配置しても良いが、より高い位置、あるいはより低い位置に配置しても良いことは言うまでもない。   In FIG. 1, it is assumed that the monitor photodetector 11 is installed through the side surface 40 of the z-cut LN substrate 1 or further through a space. However, the incident angle of the radiated light 30b to the reflection groove 20 in the horizontal direction is described. May be emitted to the rear end side of the z-cut LN substrate 1 (that is, the end face side from which the light is emitted), and the monitor photodetector 11 may be installed in that direction. Further, if the output optical waveguide 2e is slightly bent from the combining point 2h of the output Y-branch optical waveguide toward the substrate side surface 40 where the monitor photodetector 11 is located, the reflection groove 20 can be made closer to the radiated light 30b. Furthermore, it becomes possible to efficiently convert the emitted light 30b into the monitor light 30c. This is true for all embodiments of the invention. The monitor photodetector 11 may be arranged at the same height as the z-cut LN substrate 1, but it goes without saying that it may be arranged at a higher position or a lower position.

[第2の実施形態]
図11は本発明によるモニタフォトディテクタ付き光変調器の第2の実施形態として適用されるLN光変調器の上面図を模式的に示した図である。このタイプのLN光変調器はDQPSKなどの次世代の伝送方式に使用される。ここで、70は入力光導波路、71a、71b、71c、71dは相互作用光導波路、72a、72bは進行波電極の中心導体、73a、73b、73cは進行波電極の接地導体、74a、74bはY分岐光導波路の合波点、75a、75bは反射溝、76a、76bはモニタ光、77a、77bはモニタフォトディテクタ、78は出力光導波路である。
[Second Embodiment]
FIG. 11 is a diagram schematically showing a top view of an LN optical modulator applied as the second embodiment of the optical modulator with a monitor photodetector according to the present invention. This type of LN optical modulator is used in next-generation transmission systems such as DQPSK. Here, 70 is an input optical waveguide, 71a, 71b, 71c and 71d are interactive optical waveguides, 72a and 72b are central conductors of traveling wave electrodes, 73a, 73b and 73c are ground conductors of traveling wave electrodes, and 74a and 74b are A multiplexing point of the Y branch optical waveguide, 75a and 75b are reflection grooves, 76a and 76b are monitor lights, 77a and 77b are monitor photodetectors, and 78 is an output optical waveguide.

この図からわかるように、2つの合波点74a、74bから放射される不図示の放射光を2つの反射溝75a、75bがモニタ光76a、76bに変換し、2つのモニタフォトディテクタ77a、77bにより受光し、DCバイアスコントロールを行う。なお、第1の実施形態において説明したのと同じく、2つの合波点74a、74bから光の出射側の端面に向かって2本の光導波路を互いに部分的に広がりぎみにしておけば、反射溝75a、75bをより不図示の放射光に近づけることができるので、さらに高い効率で放射光をモニタ光に変換することができる。   As can be seen from this figure, two reflection grooves 75a and 75b convert radiated light (not shown) radiated from the two combining points 74a and 74b into monitor light 76a and 76b, and the two monitor photodetectors 77a and 77b. Receives light and performs DC bias control. As described in the first embodiment, if the two optical waveguides are partially spread from the two multiplexing points 74a and 74b toward the end face on the light emission side, reflection is achieved. Since the grooves 75a and 75b can be made closer to radiation light (not shown), the radiation light can be converted into monitor light with higher efficiency.

[各実施形態]
以上の説明においては、LN基板としてz−カットLN基板である場合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。
[Embodiments]
In the above description, the case where the LN substrate is a z-cut LN substrate has been described, but various substrates such as an x-cut substrate or a y-cut LN substrate may be used.

さらに、以上の説明においては、電極として非対称コプレーナストリップ(ACPS)やコプレーナウェーブガイド(CPW)型の進行波電極を想定したが、その他の構造の進行波電極でも良いし、もちろん集中定数型電極でも良い。   Further, in the above description, an asymmetric coplanar strip (ACPS) or coplanar waveguide (CPW) type traveling wave electrode is assumed as an electrode. good.

また、以上の説明においては、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。   In the above description, an LN substrate is assumed as the substrate. However, other dielectric substrates such as lithium tantalate, and further a semiconductor substrate may be used.

以上のように、本発明にかかるモニタフォトディテクタ付き光変調器は、反射溝を出力用Y分岐光導波路の合波点の近傍に形成するので、反射溝を形成するために深くエッチングしなくても良く、製作性が飛躍的に改善されるという利点があり、また、放射光が大きく広がる前に反射するので効率良くモニタ光を生成することが可能となるという利点を有し、モニタフォトディテクタの実装が容易であり、小型で動作状態が安定なモニタフォトディテクタ付き光変調器として有用である。   As described above, the optical modulator with a monitor photodetector according to the present invention forms the reflection groove in the vicinity of the multiplexing point of the output Y-branch optical waveguide, so that it is not necessary to etch deeply to form the reflection groove. It has the advantage that the manufacturability is drastically improved, and also has the advantage that the monitor light can be generated efficiently because it is reflected before the radiated light spreads greatly. Therefore, it is useful as an optical modulator with a monitor photodetector that is small in size and stable in operation state.

本発明によるモニタフォトディテクタ付き光変調器の第1の実施形態として適用されるLN光変調器の構成を示す斜視図The perspective view which shows the structure of the LN optical modulator applied as 1st Embodiment of the optical modulator with a monitor photodetector by this invention 図1の部分的な上面図Partial top view of FIG. 図1の拡大図Enlarged view of FIG. 図3のA−A´における深さ方向の断面図Sectional view of depth direction in AA 'of FIG. 放射光の伝搬距離に対する放射光のパワーの中心の位置Position of the center of synchrotron radiation power with respect to the propagation distance of synchrotron radiation 図3のA−A´における断面図であり、反射溝20の構造を説明するための図It is sectional drawing in AA 'of FIG. 3, and is a figure for demonstrating the structure of the reflective groove 20 リッジ構造を有するLN光変調器の相互作用部の断面図Sectional drawing of the interaction part of the LN optical modulator which has a ridge structure 反射面が平面である反射溝の説明図Explanatory drawing of the reflective groove whose reflective surface is a plane 反射面が凸の曲面である反射溝の説明図Explanatory drawing of a reflective groove whose reflective surface is a convex curved surface 反射面が凹の曲面である反射溝の説明図Explanatory drawing of the reflection groove whose reflection surface is a concave curved surface 本発明によるモニタフォトディテクタ付き光変調器の第2の実施形態として適用されるLN光変調器の要部の構成を示す上面図The top view which shows the structure of the principal part of the LN optical modulator applied as 2nd Embodiment of the optical modulator with a monitor photodetector by this invention 特許文献1に開示されている第1の従来技術によるモニタフォトディテクタ付き光変調器の構成を示す上面図A top view showing a configuration of an optical modulator with a monitor photodetector according to the first prior art disclosed in Patent Document 1 図12に示すように構成される光変調器の動作原理を説明するために示す図The figure shown in order to demonstrate the operation | movement principle of the optical modulator comprised as shown in FIG. 図12に示すように構成される光変調器の動作原理を説明するために示すDCバイアス電圧−光出力特性曲線図DC bias voltage-optical output characteristic curve diagram for explaining the operation principle of the optical modulator configured as shown in FIG. 信号光用単一モード光ファイバ7側から見た光信号のOFF状態の様子を示す図The figure which shows the mode of the OFF state of the optical signal seen from the single mode optical fiber 7 side for signal light 信号光用単一モード光ファイバ7と放射光受光用光ファイバ8とを実装することが非常に難しいことを説明するために示す図The figure shown in order to demonstrate that it is very difficult to mount the single mode optical fiber 7 for signal light, and the optical fiber 8 for light reception 第1の従来技術によるモニタフォトディテクタ付き光変調器の問題を解決する構造として、第2の従来技術によるモニタフォトディテクタ付き光変調器の要部の構成を示す上面図The top view which shows the structure of the principal part of the optical modulator with a monitor photo detector by 2nd prior art as a structure which solves the problem of the optical modulator with monitor photo detector by 1st prior art 放射光6a、6bがモニタフォトダイオード等のモニタフォトディテクタ11へ入射するときに、互いに、干渉することを説明するために示す図The figure shown in order to demonstrate that the emitted light 6a and 6b interfere with each other when entering the monitor photodetector 11 such as a monitor photodiode. 放射光6c、6dの位相が約180度異なっている様子を説明するために示す図The figure shown in order to demonstrate a mode that the phase of synchrotron radiation 6c, 6d differs about 180 degree | times 放射光6cと6dの位相が互いに180度異なっている場合に、それらの重なり部にはそのパワーが零となる箇所があること、温度変化の結果、放射光6c、6dの位相差は180度とは異なってくるため、放射光6cと6dの重なり部はどの箇所においても零とはならないことを説明するために示す図When the phases of the emitted light 6c and 6d are different from each other by 180 degrees, there is a portion where the power is zero in the overlapping portion, and as a result of the temperature change, the phase difference between the emitted lights 6c and 6d is 180 degrees. FIG. 2 is a diagram for explaining that the overlapping portion of the emitted light 6c and 6d does not become zero at any position. 第2の従来技術によるモニタフォトディテクタ付き光変調器の問題を解決する構造として、第3の従来技術によるLN光変調器の要部の構成を示す上面図The top view which shows the structure of the principal part of the LN optical modulator by the 3rd prior art as a structure which solves the problem of the optical modulator with a monitor photo detector by the 2nd prior art 第4の従来技術によるモニタフォトディテクタ付き光変調器の要部の構成を示す斜視図The perspective view which shows the structure of the principal part of the optical modulator with a monitor photodetector by a 4th prior art. 第4の従来技術によるモニタフォトディテクタ付き光変調器の部分的な拡大図4 is a partially enlarged view of an optical modulator with a monitor photodetector according to the fourth prior art. 第4の従来技術によるモニタフォトディテクタ付き光変調器に使用される3−dBカプラの幅WMMIと理想的LMMIな長さとの関係を表す図The figure showing the relationship between the width W MMI and the ideal L MMI length of the 3-dB coupler used in the optical modulator with a monitor photodetector according to the fourth prior art 第4の従来技術によるモニタフォトディテクタ付き光変調器において使用波長と挿入損失との関係を表す図The figure showing the relationship between a use wavelength and insertion loss in the optical modulator with a monitor photo detector by a 4th prior art. 第5の従来技術によるモニタフォトディテクタ付き光変調器の要部の構成を示す斜視図The perspective view which shows the structure of the principal part of the optical modulator with a monitor photodetector by a 5th prior art. 第5の従来技術によるモニタフォトディテクタ付き光変調器の合波点から反射溝までの距離に対する放射光のパワー中心との関係を表す図The figure showing the relationship with the power center of the emitted light with respect to the distance from the multiplexing point of the optical modulator with a monitor photo detector by 5th prior art to a reflective groove

符号の説明Explanation of symbols

1、50:z−カットLN基板
1a:基板端面
2:マッハツェンダ型の光導波路
2a 51I:出力光導波路
2b:Y分岐型の分岐光導波路
2c−1、2c−2:相互作用光導波路
2d:Y分岐型の合波光導波路
2e、2f:出力光導波路
2g:出力光導波路の端部
2h、51E´:合波光導波路の合波点
2i:Y分岐型の分岐光導波路の遷移領域
3:電気信号源
4:進行波電極の中心導体
5a、5b:接地導体
6a、6b、6c、6d、6e、6f:放射光
7:信号光用単一モード光ファイバ
7a:信号光用単一モード光ファイバのコア
8a:放射光受光用光ファイバ
8:放射光受光用光ファイバのコア
9:放射光検出手段
10a、10b、10c、10d:キャピラリー
11、54:モニタフォトディテクタ
12:ミラー
13:ガラスブロック
14、15:キャピラリー後端傾斜面に反射面として形成される誘電体多層膜
20、21、22:反射溝
20a:反射溝20の壁
30a、30b、56´:放射光
30c、30d、30e、56、56´´:モニタ光
40:z−カットLN基板1の側面
41、42、43:反射面
51:光導波路
51A:入力光導波路
51B:入力用3−dBカプラ
51B´:分岐光導波路の分岐点
51C、51D:相互作用光導波路
51E:出力用3−dBカプラ
51F:信号光出力用光導波路
51G:モニタ光出力用光導波路
51H:入力光導波路
51I:出力光導波路
52:進行波電極
52A:中心導体
52B:接地導体
52C:パッド
53:反射溝
55:ブロック材
58:光出力側端面
61:SiOバッファ層
62:Si導電層
63:反射ミラー
70:入力光導波路
71a、71b、71c、71d:相互作用光導波路
72a、72b:中心導体
73a、73b、73c:接地導体
74a、74b:合波点
75a、75b:反射溝
76a、76b:モニタ光
77a、77b:モニタフォトディテクタ
78:出力用光導波路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 50: z-cut LN board | substrate 1a: Board | substrate end surface 2: Mach-Zehnder type optical waveguide 2a 51I: Output optical waveguide 2b: Y branch type branched optical waveguide 2c-1, 2c-2: Interaction optical waveguide 2d: Y Branching type combined optical waveguide 2e, 2f: Output optical waveguide 2g: Output optical waveguide end 2h, 51E ': Combined optical waveguide point 2i: Transition region of Y-branched branched optical waveguide 3: Electricity Signal source 4: Center conductor of traveling wave electrode 5a, 5b: Ground conductor 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f: Radiated light 7: Single mode optical fiber for signal light 7a: Single mode optical fiber for signal light Core 8a: Synchrotron radiation receiving optical fiber 8: Synchrotron radiation receiving optical fiber core 9: Synchrotron radiation detecting means 10a, 10b, 10c, 10d: Capillary 11, 54: Monitor photo detector 12: Mirror 3: Glass block 14, 15: Dielectric multilayer film 20, 21, 22 formed as a reflection surface on the inclined surface at the rear end of the capillary 20, 21: Reflection groove 20 a: Wall 30 a, 30 b, 56 ′ of the reflection groove 20: Radiation light 30 c, 30d, 30e, 56, 56 ″: Monitor light 40: Side surface 41, 42, 43 of the z-cut LN substrate 1: Reflecting surface 51: Optical waveguide 51A: Input optical waveguide 51B: 3-dB coupler for input 51B ′: Branch point of branch optical waveguide 51C, 51D: interaction optical waveguide 51E: output 3-dB coupler 51F: signal light output optical waveguide 51G: monitor light output optical waveguide 51H: input optical waveguide 51I: output optical waveguide 52: traveling-wave electrode 52A: central conductor 52B: ground conductor 52C: pad 53: reflecting groove 55: block member 58: the light output end face 61: SiO 2 buffer layer 2: Si conductive layer 63: Reflection mirror 70: Input optical waveguides 71a, 71b, 71c, 71d: Interaction optical waveguides 72a, 72b: Center conductors 73a, 73b, 73c: Ground conductors 74a, 74b: Combined points 75a, 75b : Reflection groove 76a, 76b: Monitor light 77a, 77b: Monitor photo detector 78: Optical waveguide for output

Claims (8)

電気光学効果を有する基板(1)と、光を導波するための光導波路(2)と、前記光を変調するための電圧を印加する中心導体(4)及び接地導体(5a、5b)とを具備し、前記光導波路は、少なくとも前記光を入射するための入力光導波路(2a)と、前記入力光導波路に入射した光を分岐する分岐光導波路(2b)と、前記中心導体と前記接地導体との間に前記電圧を印加することにより前記光の位相を変調するための相互作用光導波路(2c−1、2c−2)と、前記相互作用光導波路を伝搬した前記光を合波する合波光導波路(2d)と、該合波光導波路の合波点(2h)を介して前記合波光導波路に接続されている出力光導波路(2f)とを有しており、位相変調された光が前記合波光導波路において合波されて生成される高次モードが前記出力光導波路をほとんど伝搬せずに前記基板内に前記合波点から放射光(30a、30b)として放射される光変調器と、
前記光変調器の前記基板内に前記合波点から放射される前記放射光を検出し、前記基板の裏面以外の位置にあるモニタフォトディテクタ(11)とを具備するモニタフォトディテクタ付き光変調器において、
前記放射光(30b)を反射することにより、前記放射光を前記モニタフォトディテクタに向かって伝搬するモニタ光(30c)に変換する反射溝(20)を備え、該反射溝は前記出力光導波路に対して前記モニタフォトディテクタを設置する側と反対側の前記基板の表面に形成されていることを特徴とするモニタフォトディテクタ付き光変調器。
A substrate (1) having an electro-optic effect, an optical waveguide (2) for guiding light, a central conductor (4) and a ground conductor (5a, 5b) for applying a voltage for modulating the light, The optical waveguide includes at least an input optical waveguide (2a) for entering the light, a branched optical waveguide (2b) for branching the light incident on the input optical waveguide, the central conductor, and the ground By applying the voltage between the conductors, the optical waveguides (2c-1, 2c-2) for modulating the phase of the light and the light propagated through the interactive optical waveguide are multiplexed. A combined optical waveguide (2d), and an output optical waveguide (2f) connected to the combined optical waveguide via a combined point (2h) of the combined optical waveguide; Higher order generated by the combined light in the combined optical waveguide An optical modulator which is radiated as radiated light (30a, 30b) from the merging point in the substrate with little propagation o de the output optical waveguide,
In the optical modulator with a monitor photo detector, comprising the monitor photo detector (11) that detects the radiated light emitted from the multiplexing point in the substrate of the optical modulator and is located at a position other than the back surface of the substrate.
A reflection groove (20) that converts the radiation light into monitor light (30c) that propagates toward the monitor photodetector by reflecting the radiation light (30b) is provided, and the reflection groove is formed with respect to the output optical waveguide. An optical modulator with a monitor photodetector, wherein the optical modulator is formed on the surface of the substrate opposite to the side where the monitor photodetector is installed.
前記モニタ光が前記出力光導波路の下方で前記出力光導波路をクロスして伝搬することを特徴とする請求項1に記載のモニタフォトディテクタ付き光変調器。   2. The optical modulator with a monitor photodetector according to claim 1, wherein the monitor light propagates crossing the output optical waveguide below the output optical waveguide. 前記合波点がY分岐光導波路に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のモニタフォトディテクタ付き光変調器。   The optical modulator with a monitor photodetector according to claim 1, wherein the multiplexing point is formed in a Y-branch optical waveguide. 前記光導波路がマッハツェンダ型光導波路であることを特徴とする請求項1から3の少なくとも一つに記載のモニタフォトディテクタ付き光変調器。   4. The optical modulator with a monitor photodetector according to claim 1, wherein the optical waveguide is a Mach-Zehnder type optical waveguide. 前記モニタフォトディテクタを前記基板の長手方向の側面方向か、前記基板の後端方向の少なくとも一つに具備することを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに記載のモニタフォトディテクタ付き光変調器。   5. The light modulation with a monitor photodetector according to claim 1, wherein the monitor photodetector is provided in at least one of a side surface direction in a longitudinal direction of the substrate and a rear end direction of the substrate. vessel. 前記モニタフォトディテクタを前記基板に対して空間を介して具備していることを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに記載のモニタフォトディテクタ付き光変調器。   5. The optical modulator with a monitor photodetector according to claim 1, wherein the monitor photodetector is provided with respect to the substrate through a space. 前記光導波路は並列に構成された2個以上のマッハツェンダ型光導波路からなることを特徴とする請求項1から6のいずれか一つに記載のモニタフォトディテクタ付き光変調器。   7. The optical modulator with a monitor photodetector according to claim 1, wherein the optical waveguide is composed of two or more Mach-Zehnder optical waveguides configured in parallel. 前記基板が半導体からなることを特徴とする請求項1から7のいずれか一つに記載のモニタフォトディテクタ付き光変調器。   8. The optical modulator with a monitor photo detector according to claim 1, wherein the substrate is made of a semiconductor.
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