JP2009192955A - Optically functional element and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源としての発光素子と、光導波路が形成された誘電体基板と、光を電気に変換する受光素子と、を備えて、光源からの光を外部電気信号によって変調し、その変調された光を受光素子により電気信号として出力する光機能素子及びその製造方法に関する。 The present invention includes a light-emitting element as a light source, a dielectric substrate on which an optical waveguide is formed, and a light-receiving element that converts light into electricity, and modulates the light from the light source with an external electric signal and modulates the light The present invention relates to an optical functional element that outputs the emitted light as an electrical signal by a light receiving element and a method for manufacturing the same.
従来、この種の変調機能を持つ光機能素子としては、特許文献1または2に記載されたものが知られており、これらの特許文献に記載された構成は概ね図23に示すものとなっている。 Conventionally, as an optical functional element having this type of modulation function, those described in Patent Documents 1 and 2 are known, and the configuration described in these Patent Documents is generally as shown in FIG. Yes.
図において、112は光源としての発光素子、114は誘電体基板、116は受光素子であり、誘電体基板114上には、光導波路120が形成されて、光導波路120は、例えば、マッハツェンダ型の光干渉器を構成しており、発光素子112と受光素子116は、光導波路120の両側に対向するように配置されている。
In the figure, 112 is a light emitting element as a light source, 114 is a dielectric substrate, 116 is a light receiving element, an
そして、発光素子112から出力された光は集光レンズ122によって集光されて、誘電体基板114の端面から光導波路120の一端へと入射される。光導波路120において、2つの分岐導波路部分に分岐され、外部電気信号によって、一方の分岐導波路部分において、または両方の分岐導波路部分において逆の変調を受けた後、再び合波されて、光導波路120の他端から出射し、集光レンズ124によって集光されて、受光素子116によって受光される。
The light output from the
所望のバイヤス位相差をつけて、変調の感度を高めるために、2つの分岐導波路部分は所定の長さの差異を持つように設計される。 In order to give the desired bias phase difference and increase the sensitivity of the modulation, the two branch waveguide sections are designed to have a predetermined length difference.
しかしながら、上記長さの差異は数十nm程度の非常に僅かな差であるために、前記所望のバイヤス位相差を得るために要求される加工精度は非常に高く、製造が困難で歩留まりが悪い、という問題がある。 However, since the difference in length is a very slight difference of about several tens of nanometers, the processing accuracy required to obtain the desired bias phase difference is very high, the manufacturing is difficult, and the yield is poor. There is a problem.
本発明は、かかる課題に鑑みなされたもので、その目的は、製造を容易にし、歩留まりを向上させることができる光機能素子及びその製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to provide an optical functional element capable of facilitating manufacture and improving yield and a method for manufacturing the same.
上記課題を解決するために、本発明は、光源としての発光素子と、光導波路が形成された誘電体基板と、光を電気に変換する受光素子と、を備えて、前記光導波路は、前記誘電体基板にそれぞれ形成された、入力導波路部分と、該入力導波路部分から分かれた2つの分岐導波路部分と、該分岐導波路部分が合流した出力導波路部分とからなり、前記発光素子からの光を、前記外部電気信号によって分岐導波路部分の少なくともいずれか一方において変調し、その変調された光を前記受光素子により電気信号として出力する光機能素子において、
前記光導波路は、複数の組が前記誘電体基板に形成されており、各組の2つの分岐導波路部分の設計長さの差異が組ごとで異なるように設計されており、
前記発光素子及び前記受光素子は、上記複数組形成された光導波路の中のうちの選択された光導波路に結合するように配置されることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention includes a light emitting element as a light source, a dielectric substrate on which an optical waveguide is formed, and a light receiving element that converts light into electricity, The light emitting element, comprising: an input waveguide portion formed on a dielectric substrate; two branch waveguide portions separated from the input waveguide portion; and an output waveguide portion where the branch waveguide portions merge In the optical functional element that modulates the light from at least one of the branched waveguide portions by the external electric signal and outputs the modulated light as an electric signal by the light receiving element,
The optical waveguide is designed such that a plurality of sets are formed on the dielectric substrate, and the difference in design length between the two branch waveguide portions of each set is different for each set.
The light emitting element and the light receiving element are disposed so as to be coupled to a selected optical waveguide among the plurality of sets of optical waveguides.
請求項2記載の発明は、請求項1記載のものにおいて、ある組の2つの分岐導波路部分の設計長さの差異が、使用する光の波長λに対して1/4λに相当する長さであるのに対して、別の組の2つの分岐導波路部分の設計長さの差異が0であることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the difference in design length between a pair of two branching waveguide portions is a length corresponding to 1 / 4λ with respect to the wavelength λ of the light used. On the other hand, the difference between the design lengths of two branching waveguide portions in another set is zero.
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の前記複数組の光導波路が、前記誘電体基板の表面にそれぞれ形成され、前記発光素子は、該誘電体基板の裏面側から前記表面に対して直交する方向に沿って前記入力導波路部分の始端に向けて光を出射するものであり、
前記入力導波路部分の前記始端には、前記表面に対して直交する方向からの光を入力導波路部分に向ける変向手段が設けられることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, the plurality of sets of optical waveguides according to the first or second aspect are respectively formed on a surface of the dielectric substrate, and the light emitting element is formed on the surface from the back side of the dielectric substrate. The light is emitted toward the start end of the input waveguide portion along a direction orthogonal to the
The start end of the input waveguide portion is provided with a turning means for directing light from a direction orthogonal to the surface to the input waveguide portion.
請求項4記載の発明は、光源としての発光素子と、光導波路が形成された誘電体基板と、光を電気に変換する受光素子と、を備えて、前記発光素子からの光を外部電気信号によって変調し、その変調された光を前記受光素子により電気信号として出力する光機能素子の製造方法において、
同一の誘電体基板に、入力導波路部分と、該入力導波路部分から分かれた2つの分岐導波路部分と、該分岐導波路部分が合流した出力導波路部分とからなる光導波路を、複数組形成し、その際に、各組の2つの分岐導波路部分の設計長さの差異が互いに異なるようにし、各組の前記入力導波路部分の始端が近接するようにし、
発光素子からの光をすべての組の前記入力導波路部分の始端に向けて出射して、すべての光導波路に光を伝搬させると共に、各組の前記分岐導波路部分に順次、周波数f0の変調信号を印加し前記出力導波路部分の終端に到達した光を受光素子で受光し、該受光素子で変換された電気信号から周波数f0成分と周波数2f0成分とを検波し、周波数f0成分が周波数2f0成分に対して最も優勢となる組を選択し、
選択された光導波路に対して発光素子の最終位置決めを行い、発光素子からの光が選択された光導波路に結合されて、選択された光導波路にのみ光が伝搬されるようにし、且つ外部電気信号を選択された光導波路に印加するようにする、ことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, a light emitting element as a light source, a dielectric substrate on which an optical waveguide is formed, and a light receiving element that converts light into electricity, the light from the light emitting element is converted into an external electric signal. In the method of manufacturing an optical functional element that modulates the modulated light and outputs the modulated light as an electrical signal by the light receiving element,
Multiple sets of optical waveguides comprising an input waveguide portion, two branch waveguide portions separated from the input waveguide portion, and an output waveguide portion joined by the branch waveguide portion on the same dielectric substrate Forming a difference in the design length of the two branch waveguide portions of each set, so that the start ends of the input waveguide portions of each set are close to each other,
Light from the light emitting elements is emitted toward the start ends of the input waveguide portions of all sets to propagate the light to all the optical waveguides, and the frequency f0 is sequentially modulated to the branch waveguide portions of each set. Light that has applied a signal and has reached the end of the output waveguide portion is received by a light receiving element, a frequency f0 component and a frequency 2f0 component are detected from the electrical signal converted by the light receiving element, and the frequency f0 component is a frequency 2f0. Select the pair that has the most dominance over the ingredients,
The final positioning of the light emitting element is performed with respect to the selected optical waveguide, the light from the light emitting element is coupled to the selected optical waveguide so that the light is propagated only to the selected optical waveguide, and external electrical A signal is applied to a selected optical waveguide.
請求項5記載の発明は、請求項4記載の方法において、前記複数組の光導波路を、前記誘電体基板の表面にそれぞれ形成し、前記発光素子に、誘電体基板の裏面側から前記表面に対して直交する方向に沿って前記入力導波路部分の始端に向けて光を出射させるようにし、
前記入力導波路部分の前記始端には、前記表面に対して直交する方向からの光を入力導波路部分に向ける変向手段を設けることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the method of the fourth aspect, the plurality of sets of optical waveguides are respectively formed on the surface of the dielectric substrate, and the light emitting element is formed on the surface from the back side of the dielectric substrate. The light is emitted toward the start end of the input waveguide portion along a direction orthogonal to the
The start end of the input waveguide portion is provided with a turning means for directing light from a direction orthogonal to the surface to the input waveguide portion.
少なくとも一方が外部電気信号により変調を受ける2つの分岐導波路部分において所望のバイヤス位相差が発生するように、2つの分岐導波路部分の長さの差異を設計通りに作製することは非常に困難であるが、2つの分岐導波路部分の設計長さの差異が異なる複数組の光導波路を同じ誘電体基板に同時に作製することによって、製造誤差があっても、いずれかの光導波路の2つの分岐導波路部分の差異を、バイヤス位相差が所望の位相差またはそれに近い位相差となるようにすることができるため、その所望の位相差となる光導波路を選択して使用することで、歩留りを向上させることができる。 It is very difficult to produce the difference in length between the two branch waveguide portions as designed so that a desired bias phase difference is generated in the two branch waveguide portions at least one of which is modulated by an external electric signal. However, by simultaneously manufacturing a plurality of sets of optical waveguides having different design length differences between the two branch waveguide portions on the same dielectric substrate, even if there is a manufacturing error, The difference in the branching waveguide portion can be set so that the bias phase difference becomes a desired phase difference or a phase difference close to the desired phase difference. Therefore, by selecting and using the optical waveguide having the desired phase difference, the yield can be increased. Can be improved.
また、請求項3及び5記載の発明によれば、発光素子からの光点の位置を誘電体基板の表面内における位置として視覚的に捉えることができるので、その光点の位置を前記入力導波路部分の始端に合わせることによって、容易に発光素子の最終位置決めを行うことができるようになる。 According to the third and fifth aspects of the present invention, since the position of the light spot from the light emitting element can be visually grasped as the position in the surface of the dielectric substrate, the position of the light spot is determined as the input guide. By aligning with the start end of the waveguide portion, the final positioning of the light emitting element can be easily performed.
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の光機能素子の全体斜視図であり、図2はその破断斜視図、図3は平面図、図4は縦断面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is an overall perspective view of the optical functional element of the present invention, FIG. 2 is a cutaway perspective view thereof, FIG. 3 is a plan view thereof, and FIG. 4 is a longitudinal sectional view thereof.
図において、光機能素子10は、光源としての発光素子12と、光導波路が形成された誘電体基板14と、光を電気に変換する受光素子16と、を備えている。
In the figure, an optical
発光素子12は、発光ダイオード、レーザを用いることができ、その中でも、スーパールミネセントダイオード、面発光レーザなどを使用することができる。受光素子16は、フォトダイオードを用いることができる。
As the
誘電体基板14は、電気光学効果を持つ誘電体結晶、例えばニオブ酸リチウムから構成され、xカットで、その表面14aにy軸方向に沿ってチタン拡散又はアニールドプロトン交換により約5μm程度の幅のシングルモードの光導波路20が形成される。
The
光導波路20は、誘電体基板14の板面に平行な平面である表面14aに互いにほぼ平行に形成された2組の光導波路20A、20Bからなる。各光導波路20A,20Bは、それぞれ1つの入力導波路部分20aと、該入力導波路部分20aからY分岐により分かれ変調部分を構成する2つの分岐導波路部分20b、20cと、2つの分岐導波路部分20b、20cがY分岐により合流された1つの出力導波路部分20dとからなる。
The
光導波路20Aと光導波路20Bは、ほぼ同一の構成を成しているが、光導波路20Aの分岐導波路部分20b、20cの長さが、使用する光の光導波路内での波長λに対して1/4λ分だけ互いに異なるように設計されているのに対して、光導波路20Bの分岐導波路部分20b、20cは同じ長さ、即ち差異が0となるように設計されている。
The
2つの分岐導波路部分20b、20cは変調部分を構成しており、各分岐導波路部分20b、20cを挟み、一対の電極22、24が形成されている。
The two
各光導波路20A、20Bの入力導波路部分20aは一部折曲し、それらの始端が、互いに接近するように配置される。同様に、各光導波路20A、20Bの出力導波路部分20bは一部折曲し、それらの終端が、互いに接近するように配置される。
The
誘電体基板14の表面14aには、各光導波路20A、20Bの入力導波路部分20aに直交するようにして、表面14aに対して45度の傾斜角度をなす斜面を持つ断面V字状の切り込み14cが形成され、出力導波路部分20dに直交するようにして、表面14aに対して45度の傾斜角度をなす斜面を持つ断面V字状の切り込み14dが形成される。この切り込み14c、14dは、誘電体基板14として切り出す前のウエハに対するダイシング作業で複数の誘電体基板14に渡り一括して形成することが可能である。
In the
V字状の切り込み14cの入力導波路部分20aと接する側の傾斜角度45度の斜面(入力導波路部分20aの始端となる)には、図5に示したように、反射膜が付着されて、変向手段を構成するミラー26が形成される。ミラー26は、各光導波路20A、20Bの入力導波路部分20a毎に形成しても、または全光導波路20A、20Bの入力導波路部分20aに渡り形成してもよい。
As shown in FIG. 5, a reflective film is attached to the inclined surface having the inclination angle of 45 degrees on the side in contact with the
同様に、V字状の切り込み14dの出力導波路部分20dと接する側の傾斜角度45度の斜面(出力導波路部分20dの終端となる)には、反射膜が付着されて、第2変向手段を構成するミラー28が形成される。ミラー28は、各光導波路20A、20Bの出力導波路部分20d毎に形成しても、または全光導波路20A、20Bの出力導波路部分20dに渡り形成してもよい。
Similarly, a reflective film is attached to the inclined surface having an inclination angle of 45 degrees on the side in contact with the
それぞれの反射膜は金蒸着により形成することができ、反射膜を形成した後、V字状の切り込みは、誘電体基板14と屈折率が等しいか近似する屈折率を持つ物質で充填されるとよい。但し、図面においては、この充填物質は図示省略とする。変向手段としてのミラー26、28としては、反射膜から構成する他に、図6に示すような45度の傾斜溝に挿入したマイクロミラーで構成することも可能である。または、光導波路部分20a、20dの端部の傾斜面自体で大きな反射率がある場合には、それ自体を変向手段として、別個の反射膜等の手段は省略可能である。
Each reflective film can be formed by gold vapor deposition, and after the reflective film is formed, the V-shaped notch is filled with a material having a refractive index equal to or similar to that of the
誘電体基板14の裏面14b側には、全面的に反射防止膜(ARコート)が付着されているとよい。反射防止膜は、SiO2、TiO2膜から構成することができ、この膜の形成は誘電体基板14として切り出す前のウエハに対して一括して形成することが可能である。
An antireflection film (AR coating) is preferably attached to the entire surface of the
そして、誘電体基板14の裏面側には、発光素子12及び受光素子16を支持するための取付板30が設けられる。取付板30は、放熱性のよいセラミックス又は金属で構成することができる。取付板30には、図4に示すように、前記切り込み14c、14dとその長手方向が一致する縦孔30a、30bが形成されている。
A mounting
縦孔30aには、発光素子12を保持するとともに誘電体基板14に固着される高剛性の例えば金属製の筒状ホルダ32が取り付けられる。筒状ホルダ32は、縦孔30aの形状に合致した内断面形状をなしている。筒状ホルダ32の上端にはフランジ32aが形成されており、フランジ32aが誘電体基板14の下面に取り付けられて、誘電体基板14に固着される。
A highly rigid
フランジ32aの表面の一部には図7及び図8に示したように、環状溝32bが形成されており、環状溝32b内には紫外線硬化樹脂が充填されており、該紫外線硬化樹脂を接着材として筒状ホルダ32と誘電体基板14とが接着される。紫外線硬化樹脂が紫外線の照射を受けて硬化した時に収縮することで、フランジ32aの環状溝32b以外の部分が、誘電体基板14に対して接触して、フランジ面で誘電体基板14を保持することができる。また、紫外線硬化樹脂が硬化する前に、該樹脂が筒状ホルダ32の内側に浸み出すことを防ぐために、筒状ホルダ32のフランジ32aの内周面の境界部分にOリング、高表面張力材、などの水密保護部材33(図8)を設けてもよい。こうして、環状溝32bによって円周方向に亘り筒状ホルダ32と誘電体基板14とが接着されるために、誘電体基板14の前記平面内の2軸方向において確実に固着を図ることができる。尚、環状溝32bとする代わりに、図9に示したような、円周方向に等間隔で形成された複数の径方向溝32cとすることも可能である。また、溝32b、32cに紫外線硬化樹脂を充填する代わりに、フランジ面を誘電体基板14に半田溶接することも可能である。尚、フランジ32aが全周に亘り誘電体基板14に固着される必要はなく、図7(b)に示すように、フランジ32aの一部は誘電体基板14からはみ出すようになっていてもよい。
As shown in FIGS. 7 and 8, an
発光素子12は、筒状ホルダ32にレーザ溶接等により図10に示すように、周方向に等間隔(通常120度間隔で3点)で溶接されて、誘電体基板14の表面14a及び裏面14bに直交する方向に沿って前記複数組の光導波路20A、20Bのうちの選択された光導波路の入力導波路部分20aの始端に向けて光を出射するようになっている。発光素子12は、CANタイプ、チップタイプのいずれのタイプのものも利用可能であるが、この図示例のようにCANタイプとすることによって、発光素子自体の気密性を図ることができ、別途の気密構造は不要となる。
As shown in FIG. 10, the
発光素子12と入力導波路部分20aの始端との間には集光レンズ34が設けられる。集光レンズ34によって、発光素子12からの光を高効率で光導波路20に結合させることができる。集光レンズ34は、発光素子12と別に筒状ホルダ32の内周面に取り付けられてもよいが、CANタイプの発光素子12と一体になったものでも良く、または誘電体基板14の裏面14bに一体に固着されたものであってもよい。
A
図4に戻り、取付板30の縦孔30bには、受光素子16を保持するとともに誘電体基板14を支持する高剛性の金属製の筒状ホルダ38が取り付けられる。筒状ホルダ38の上端にはフランジ38aが形成されており、フランジ38aは誘電体基板14の裏面14bを支持している。但し、筒状ホルダ38のフランジ38aは裏面14bと接触するだけとなっており、裏面14bに固定されない。これによって、誘電体基板14をその一端にある筒状ホルダ32によってのみ拘束し、温度変化・振動等による誘電体基板14の応力の発生を防ぐ。但し、フランジ38aと裏面14bとの間には、肉薄の弾性シートまたはコーティング39が介挿されるとよい。
Returning to FIG. 4, a highly rigid metal
受光素子16は、筒状ホルダ38にレーザ溶接等により周方向に等間隔(通常120度間隔で3点)で溶接されて、誘電体基板14の表面14a及び裏面14bに直交する方向に沿って前記複数組の光導波路20A、20Bのうちの選択された光導波路の出力導波路部分20dの終端からミラー28を反射して伝搬した光を受光するようになっている。出力導波路部分20dの終端と受光素子16との間には集光レンズ40が設けられる。発光素子12と同様に、受光素子16は、CANタイプ、チップタイプのいずれのタイプのものも利用可能であるが、この図示例のようにCANタイプとすることによって、発光素子自体の気密性を図ることができ、別途の気密構造は不要となる。
The
集光レンズ40は、受光素子16と別に筒状ホルダ38の内周面に取り付けられてもよいが、CANタイプの受光素子16と一体になったものでもよい。集光レンズ40によって、光導波路20からの光を高効率で受光素子16に結合させることができる。
The
尚、筒状ホルダ38を誘電体基板14に直接的又は間接的に接触させる代わりに、図14に示すように、離間させて、取付板30と誘電体基板14との間に弾性部材41を介挿させることでもよい。弾性部材としてはRTVゴム、テフロン(登録商標)等から構成することができる。
Instead of directly or indirectly contacting the
以下、2組の光導波路20A、20Bのうち使用する光導波路をどのように選択するかについて説明する。
Hereinafter, how to select an optical waveguide to be used from the two sets of
変調部分において、2つの分岐導波路部分20b、20cの長さは、好ましくは1/4λ程度の長さの差異を設けることにより、90度の所望のバイヤス位相差をつけて、変調の感度を高くすることが理想的である。よって、理想的に製造されていれば、光導波路20Aを選択することになる。しかしながら、数十nm程度の精度の加工は非常に困難であり、作製プロセス時の種々の要因により、設計通りに製造されないおそれがある。この実施形態では、変調部分である分岐導波路部分における1/4λと0の差異を持つ光導波路20A,20Bを同じ誘電体基板14上に同時に形成しているので、実際値が設計値からずれていても、その影響は同様に全ての光導波路に及ぶと考えられるから、いずれかの光導波路20A、20Bのバイヤス位相差が所望の位相差またはそれに近いものとなっていることが期待できる。よって、実際のバイヤス位相差が所望の位相差となっている光導波路を選択する。
In the modulation portion, the lengths of the two
そのために、まず、発光素子12を固着する前の段階で、発光素子12を少し、誘電体基板14から離してピントをずらすようにして、拡散光を2つの入力導波路部分20a、20aの始端に照射し、弱いながらも両方の光導波路20A、20Bに光が入るようにする。そして、それぞれの光導波路20A、20Bの変調部分に順番に変調信号(周波数f0)を印加する(図20(a)、(b))。この変調された光を受光素子16で受光して、f0成分と2f0成分とを検波し、f0成分と2f0成分の割合から、バイヤス位相を判別する。バイヤス位相が90度であればf0成分が優勢となり(図20(c))、バイヤス位相が0度であれば2f0成分が優勢となる(図20(d))。図20の例では、光導波路20Aを選択することになる。
For this purpose, first, before the
光導波路20が選択されると、発光素子12の精密アライメント調整を行う。このとき、発光素子12と筒状ホルダ32の内周面との間のクリアランスを利用して、発光素子12を調整する。
When the
従来の構成のように、誘電体基板14の端面から光を入射する構成であると、光導波路に結合されたかどうかの確認が視覚的手段によってできず、調整が困難であるという問題があるが、本実施形態では、誘電体基板14の裏面側に発光素子12が配置されているので、誘電体基板14の表面側から発光素子12からの光を視覚的に確認することで行うことができ、その調整を容易に行うことができる。
When the light is incident from the end face of the
また、発光素子12の発光面の集光レンズ34により形成される像の面積が小さい(10μm以下)ので確実に光導波路20A、20Bの入力導波路部分20aの始端へ光を伝搬させることは通常困難であるが、誘電体基板14の表面側から発光素子12からの光を視覚的に確認することで行うことができるので、その調整も容易である。
In addition, since the area of the image formed by the condensing
調整作業をさらに容易にするため、図11に示すように、誘電体基板14の表面に各光導波路20A,20Bに対応してマーク14mをそれぞれ形成することもできる。このマーク14mは、基板作製プロセスで同時に形成することが可能であり、Cr等でパターンニングするとよい。マーク14mの位置は、ミラー26の近傍で所定距離、所定の方向に離れた位置に決められる。
In order to further facilitate the adjustment work, as shown in FIG. 11, marks 14 m may be formed on the surface of the
調整作業においては、誘電体基板14の表面上方に設置したCCDカメラにより、発光素子12からの光が誘電体基板14に当たった光点の位置を撮像し、筒状ホルダ32内での発光素子12の位置を調整する。ミラー26に当たった光点を表面側から撮像することはできないので、まず、光点がマーク14mに一致するように発光素子12の表面14aに平行な面内の位置及び/または該平行な面に対する発光素子12の傾きを調整し、且つマーク14mの所でピントを結ぶように発光素子12の上下位置を粗調整する。そして、図12に示すように、光点がマーク14mに一致してピントが合ったならば、発光素子12の位置を前記マーク14mから所定距離、所定の方向に移動させることで、ミラー26の位置にくるように調整する。そして、位置決めされた状態で、前記レーザ溶接により、発光素子12を筒状ホルダ32に固着する。
In the adjustment operation, the position of the light spot where the light from the
マーク14mの位置はミラー26近傍の任意の位置とすることができるが、図13に示すように光導波路20を横切るように設けられてもよい。これによって、マーク14mに沿って光導波路20へと光点を移動させた後、光導波路20に沿った方向に所定距離、移動させることで、光点をミラー26の位置にくるように調整することができる。
The position of the
受光素子16の受光面は、発光素子12の発光面に比較して大きい(100μm以上)ので、発光素子12の調整程の精密さは要求されない。そのため、選択された光導波路20A、20Bの出力導波路部分20dの終端に合致するように、発光素子12と同様に受光素子16を位置決めしてもよいが、単に、2つの光導波路20A、20Bの出力導波路部分20dの中点付近に整列するように受光素子16を筒状ホルダ38に固着することで十分である。
Since the light receiving surface of the
誘電体基板14には、その表面14aの切り込み14c、14dよりも外側に、それぞれ切り込み14c、14dと平行な断面V字状の迷光防止用切り込み14g、14hが形成され、裏面14bには、図15に示すように、前記切り込み14c、14dと直交する方向に延びる断面V字状またはU字状の迷光防止用切り込み14i、14jが形成されている。
The
以上のように構成される光機能素子10においては、発光素子12から誘電体基板14の表面14a及び裏面14bに直交する方向に出射される光が集光レンズ34によってミラー26に集光され、ミラー26で90度変向されて、選択された光導波路20の入力導波路部分20aを伝搬した後、分岐導波路部分20b、20cに分岐される。
In the optical
電極22、24に外部電気信号が入力されることにより、分岐導波路部分20b、20cを伝搬する光に対して電気光学効果による屈折率の変化により互いに反対のプッシュプル位相変調がなされ、これらの変調された光が合波されて出力導波路部分20dに出力されるようになっている。合波により、変調信号に応じた信号が出力されることになる。
When an external electric signal is input to the
出力導波路部分20dを伝搬した光は、ミラー28によって誘電体基板14と直交する方向に変向されて、集光レンズ40で集光されて、受光素子16で受光されて電気信号に変換される。
The light propagating through the
このようにこの実施形態においては、複数組形成された光導波路のうち、所望のバイヤス位相差を発生させることができる光導波路を選択することで、簡単に光機能素子を製造することができ、歩留りを向上させることができる。尚、以上の例では、2組の光導波路を形成したが、分岐導波路部分の差異が異なる長さである3組以上の光導波路を形成することも可能であり、その設計差異の長さも任意の長さが可能である。しかしながら、最低限として、この例のように互いの分岐導波路部分の差異の差異がλ/4の2組の光導波路を形成すれば、いずれか一方が所望のバイヤス位相差に近いものとなることが期待できる。 As described above, in this embodiment, an optical functional element can be easily manufactured by selecting an optical waveguide capable of generating a desired bias phase difference among optical waveguides formed in a plurality of sets. Yield can be improved. In the above example, two sets of optical waveguides are formed. However, it is possible to form three or more sets of optical waveguides having different lengths in the branched waveguide portions, and the length of the design difference is also long. Any length is possible. However, as a minimum, if two sets of optical waveguides having a difference of λ / 4 between the branched waveguide portions are formed as in this example, one of them is close to the desired bias phase difference. I can expect that.
その他、この実施形態では次の効果を奏することができる。
・発光素子12から出射された光が90度変向して、光導波路20を伝搬し、光導波路20の変調部分を経た光が90度変向して受光素子16に受光されており、出射方向と受光方向が180度異なるために、迷光を極力防ぐことができる。迷光防止用切り込み14i、14j、14g、14hによって迷光をさらに防ぐことができる。
集光レンズ34、40によって、光の拡散を防ぐことにより、より一層迷光を防ぐことができ、発光素子と光導波路、及び光導波路と発光素子との間の結合効率を高めることができる。
In addition, the following effects can be achieved in this embodiment.
The light emitted from the
By preventing light diffusion by the condensing
・また、この実施形態においては、発光素子12と誘電体基板14との位置調整を表面側から視覚的にモニタリングすることができるので、高速且つ容易に、また必要に応じて自動的に調整作業を行うことができる。発光素子12の光点を一致させるべきマーク14mによって調整をより一層容易に行うことができる。上記に説明したように発光素子12の位置を調整する代わりに、誘電体基板14の位置を調整することとしてもよい。
・また、この実施形態においては、発光素子12と受光素子16としてCANタイプを使用することにより、素子の気密性を持たせることができる。
・また、この実施形態においては、誘電体基板14の裏面から光を入射しており、誘電体基板14の端面から光を入射する必要がないために、ウエハのダイシングによる切り出しによって粗面となった誘電体基板14の端面を研磨する必要がない。
In this embodiment, since the position adjustment between the light emitting
In addition, in this embodiment, by using a CAN type as the
In this embodiment, since light is incident from the back surface of the
次に、図16は、本発明の第2実施形態を表す図である。この例では、受光素子16を誘電体基板14の表面14a側に配置しており、受光素子16は、誘電体基板14の表面14a側に半田バンプ42によって固着される。この構成によれば、受光素子16としてベアチップタイプのものも使用することができるようになる。誘電体基板14の表面14aには切り込み14d’が形成され、該切り込み14d’は、一方の面が表面14aに対して直交する面となり、他方の面が表面14aに対して45度の角度となっている。そして、傾斜角度が45度となった斜面には好ましくは反射膜が付着されて、第2変向手段を構成するミラー28となっている。
Next, FIG. 16 is a diagram illustrating a second embodiment of the present invention. In this example, the
または、図17に示すように、切り込み14d’を形成する代わりに、誘電体基板14の端面を45度角度に傾斜させても良く、さらには、この出力導波路部分20dの終端となる傾斜面にミラー28となる反射膜を付着してもよい。
Alternatively, as shown in FIG. 17, instead of forming the
この例においても、第1実施形態と同様の作用・効果が得られる。この場合には、受光素子16としてベアチップタイプも好適に使用することができ、縦孔30b、筒状ホルダ38を省略することが可能である。受光素子16については、その受光面が発光素子12の発光面よりも大きく、調整が困難でないために、この例の構成でも、調整は容易に行うことができる。
Also in this example, the same operation and effect as the first embodiment can be obtained. In this case, a bare chip type can be suitably used as the
図18は、本発明の第3実施形態を表す図である。この例では、発光素子12及び受光素子16を誘電体基板14の表面14a側に配置しており、発光素子12と受光素子16は、誘電体基板14の表側に半田バンプ42によって固着される。この構成によれば、受光素子12、16としてベアチップタイプのものも使用することができるようになる。
FIG. 18 is a diagram illustrating a third embodiment of the present invention. In this example, the
誘電体基板14の表面14aには切り込み14c’が形成され、該切り込み14c’は、一方の面が表面14aに対して直交する面となり、他方の面が表面14aに対して45度の角度となっている。そして、傾斜角度が45度となった斜面には好ましくは反射膜が付着されて、変向手段を構成するミラー26となっている。また、切り込み14d’が形成され、該切り込み14d’は、一方の面が表面14aに対して直交する面となり、他方の面が表面14aに対して45度の角度となっている。そして、傾斜角度が45度となった斜面には好ましくは反射膜が付着されて、第2変向手段を構成するミラー28となっている。
A cut 14c ′ is formed in the
この例の場合には、発光素子12及び受光素子16と光導波路20とが密接するので、レンズ34、40を不要とすることができる。
In the case of this example, since the
または、図19に示すように、取付部品50,50を介して発光素子12、16を誘電体基板14に取り付けることも可能である。
Alternatively, as shown in FIG. 19, the
この例においても、第1実施形態と同じ効果を奏することができる。この例においては、表面14a側から光点を捉えての発光素子12の調整はできないが、発光素子12及び受光素子16がチップタイプであるので、その取り付けが容易であり、発光素子12及び受光素子16を誘電体基板14の表面14a側に貼り合わせることで、容易に行うことができる。さらには、発光素子12及び受光素子16を誘電体基板14と併せて全体として平面基板とすることができるので取扱が容易となる。
Also in this example, the same effect as the first embodiment can be obtained. In this example, the
図21は本発明の第4実施形態を表す斜視図である。
誘電体基板14は、z軸方向に熱起電力が働く(焦電効果)ので、これを避けるために、誘電体基板14の両側面を短絡する必要がある。そのための対策として、図21に示すように誘電体基板14の表面14aの光導波路20の両側にさらに、金属パターン(例えば金パターン)14n、14nを形成し、これらの金属パターン14n、14nを光導波路20に影響の出ない細いパターンで接続するか、またはワイヤーで接続するとよい。さらには、図22に示すように、誘電体基板14の両側面に導電性塗料14oを金属パターン14nに接触するように塗布するとよい。これによって、図4または図14に示したような片持ちで誘電体基板14を支持している場合にも誘電体基板14の両側面の短絡を図ることができる。
FIG. 21 is a perspective view showing a fourth embodiment of the present invention.
The
10 光機能素子
12 発光素子
14 誘電体基板
14a 表面
14b 裏面
16 受光素子
20、20A、20B 光導波路
20a 入力導波路部分
20b 分岐導波路部分
20c 分岐導波路部分
20d 出力導波路部分
26 ミラー(変向手段)
28 ミラー
DESCRIPTION OF
28 Mirror
Claims (5)
前記光導波路は、複数の組が前記誘電体基板に形成されており、各組の2つの分岐導波路部分の設計長さの差異が組ごとで異なるように設計されており、
前記発光素子及び前記受光素子は、上記複数組形成された光導波路の中のうちの選択された光導波路に結合するように配置されることを特徴とする光機能素子。 An input waveguide comprising: a light emitting element as a light source; a dielectric substrate on which an optical waveguide is formed; and a light receiving element that converts light into electricity, wherein the optical waveguide is formed on the dielectric substrate, respectively. And a branching waveguide part separated from the input waveguide part, and an output waveguide part joined by the branching waveguide part. The light from the light emitting element is branched and guided by the external electric signal. In an optical functional element that modulates at least one of the waveguide portions and outputs the modulated light as an electrical signal by the light receiving element,
The optical waveguide is designed such that a plurality of sets are formed on the dielectric substrate, and the difference in design length between the two branch waveguide portions of each set is different for each set.
The optical functional element, wherein the light emitting element and the light receiving element are disposed so as to be coupled to a selected one of the plurality of optical waveguides.
前記入力導波路部分の前記始端には、前記表面に対して直交する方向からの光を入力導波路部分に向ける変向手段が設けられることを特徴とする請求項1または2記載の光機能素子。 The plurality of sets of optical waveguides are respectively formed on the surface of the dielectric substrate, and the light emitting element is a starting end of the input waveguide portion along a direction orthogonal to the surface from the back surface side of the dielectric substrate. Which emits light toward
The optical functional element according to claim 1, wherein the start end of the input waveguide portion is provided with a diverting unit that directs light from a direction orthogonal to the surface toward the input waveguide portion. .
同一の誘電体基板に、入力導波路部分と、該入力導波路部分から分かれた2つの分岐導波路部分と、該分岐導波路部分が合流した出力導波路部分とからなる光導波路を、複数組形成し、その際に、各組の2つの分岐導波路部分の設計長さの差異が互いに異なるようにし、各組の前記入力導波路部分の始端が近接するようにし、
発光素子からの光をすべての組の前記入力導波路部分の始端に向けて出射して、すべての光導波路に光を伝搬させると共に、各組の前記分岐導波路部分に順次、周波数f0の変調信号を印加し前記出力導波路部分の終端に到達した光を受光素子で受光し、該受光素子で変換された電気信号から周波数f0成分と周波数2f0成分とを検波し、周波数f0成分が周波数2f0成分に対して最も優勢となる組を選択し、
選択された光導波路に対して発光素子の最終位置決めを行い、発光素子からの光が選択された光導波路に結合されて、選択された光導波路にのみ光が伝搬されるようにし、且つ外部電気信号を選択された光導波路に印加するようにする、ことを特徴とする光機能素子の製造方法。 A light-emitting element as a light source; a dielectric substrate on which an optical waveguide is formed; and a light-receiving element that converts light into electricity. The light from the light-emitting element is modulated by an external electric signal and modulated. In the method of manufacturing an optical functional element that outputs light as an electrical signal by the light receiving element,
Multiple sets of optical waveguides comprising an input waveguide portion, two branch waveguide portions separated from the input waveguide portion, and an output waveguide portion joined by the branch waveguide portion on the same dielectric substrate Forming a difference in the design length of the two branch waveguide portions of each set, so that the start ends of the input waveguide portions of each set are close to each other,
Light from the light emitting elements is emitted toward the start ends of the input waveguide portions of all sets to propagate the light to all the optical waveguides, and the frequency f0 is sequentially modulated to the branch waveguide portions of each set. Light that has applied a signal and has reached the end of the output waveguide portion is received by a light receiving element, a frequency f0 component and a frequency 2f0 component are detected from the electrical signal converted by the light receiving element, and the frequency f0 component is a frequency 2f0. Select the pair that has the most dominance over the ingredients,
The final positioning of the light emitting element is performed with respect to the selected optical waveguide, the light from the light emitting element is coupled to the selected optical waveguide so that the light is propagated only to the selected optical waveguide, and external electrical A method of manufacturing an optical functional element, wherein a signal is applied to a selected optical waveguide.
前記入力導波路部分の前記始端には、前記表面に対して直交する方向からの光を入力導波路部分に向ける変向手段を設けることを特徴とする請求項4記載の光機能素子の製造方法。 The plurality of sets of optical waveguides are respectively formed on the surface of the dielectric substrate, and the light emitting element is provided at the start of the input waveguide portion along a direction orthogonal to the surface from the back surface side of the dielectric substrate. To emit light toward
5. The method of manufacturing an optical functional element according to claim 4, wherein a turning means for directing light from a direction perpendicular to the surface to the input waveguide portion is provided at the start end of the input waveguide portion. .
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