JP2010266628A - Optical control element - Google Patents
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Description
本発明は光制御素子に関し、特に、光変調器や光スイッチなどの電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を制御するための制御電極とを有する光制御素子に関する。 The present invention relates to a light control element, and in particular, a substrate having an electrooptic effect, such as an optical modulator or an optical switch, an optical waveguide formed on the substrate, and a control electrode for controlling a light wave propagating through the optical waveguide. The present invention relates to a light control element having
光通信分野や光計測分野においては、光変調器や光スイッチなどのように、電気光学効果を有する基板に光導波路や、該光導波路を伝搬する光波を制御する制御電極を設けた光制御素子が多用されている。 In the optical communication field and the optical measurement field, an optical control element provided with a control electrode for controlling an optical waveguide and a light wave propagating through the optical waveguide on a substrate having an electro-optic effect, such as an optical modulator or an optical switch Is frequently used.
また、光制御素子の動作状態を検出するため、例えば、特許文献1に示すように、光変調器から放出される放射モード光を基板に設けた溝で反射させて光検知器でモニタする方法や、特許文献2又は3に示すように、放射モード光などの高次モード光をモニタ用光導波路を用いて基板外に導出する方法などが提案されている。
In order to detect the operation state of the light control element, for example, as shown in
光制御素子では、信号光である基本モード光と、光変調器の放射モード光や光スイッチのOFF光などの高次モード光とを適正に分離する必要があり、また、分離された高次モード光が、基本モード光が伝搬する光導波路に再入射したり、上述のように光制御素子の動作状態をモニタするモニタ手段に必要以上の高次モード光が迷光として入射しないよう構成することなどが不可欠である。 In the light control element, it is necessary to properly separate the fundamental mode light, which is signal light, and the higher order mode light such as the emission mode light of the optical modulator and the OFF light of the optical switch. The mode light is configured so that it does not re-enter the optical waveguide through which the fundamental mode light propagates, and the higher-order mode light is not incident as stray light on the monitoring means for monitoring the operation state of the light control element as described above. Etc. are indispensable.
このため、放射モード光などの高次モード光が伝搬する領域に、遮蔽手段を設けることが行われている。しかしながら、遮蔽手段として、基板に溝などの凹部を形成し、該凹部に光吸収物質を埋め込む方法は、製造工程が複雑化し、厚みが薄い基板では、基板の機械的強度が低下する原因ともなる。また、基板中に高屈折率領域を形成したり、基板表面に光吸収物質膜を形成するなどの方法も開示されているが、基板表面には、光導波路や制御電極など多くの構成を組み込む必要があり、予め不要な高次モード光を除くため、これらの遮蔽手段の設置領域を十分に確保することは、光制御素子の設計の自由度を制限し、また、光制御素子の小型化などの阻害要因ともなる。 For this reason, a shielding means is provided in a region where higher order mode light such as radiation mode light propagates. However, a method of forming a recess such as a groove in the substrate and embedding the light-absorbing substance in the recess as the shielding means complicates the manufacturing process and causes a reduction in the mechanical strength of the substrate with a thin thickness. . In addition, methods such as forming a high refractive index region in the substrate and forming a light absorbing material film on the substrate surface have been disclosed, but many structures such as an optical waveguide and a control electrode are incorporated in the substrate surface. In order to eliminate unnecessary high-order mode light in advance, securing a sufficient installation area for these shielding means limits the degree of freedom in designing the light control element, and also reduces the size of the light control element. It becomes a hindrance factor.
本発明は、上述した問題を解消し、光制御素子の製造工程を複雑化させず、不要な高次モード光を効率良く除去することが可能な光制御素子を提供することである。 An object of the present invention is to provide a light control element that can eliminate the above-described problems and efficiently remove unnecessary higher-order mode light without complicating the manufacturing process of the light control element.
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を制御するための制御電極とを有する光制御素子において、該光導波路は、基本モード光を導出する出力用導波路部と該出力用導波路部に接続され高次モード光を導出する副導波路部と有し、該副導波路部に接触して形成され、該副導波路部を伝搬する高次モード光を除去するための除去手段が設けられていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, an invention according to
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の光制御素子において、該副導波路部の入射側の導波路幅は、該出力用導波路部の幅より狭く、該除去手段と接触している領域では、該副導波路部の幅は、該出力用導波路部の幅より広い部分を有することを特徴とする。
The invention according to
請求項3に係る発明は、請求項1又は2に記載の光制御素子において、該除去手段は、該光導波路より屈折率の高い高屈折率膜又は金属膜であることを特徴とする。
The invention according to
請求項4に係る発明は、請求項3に記載の光制御素子において、該金属膜は、該制御電極の一部であることを特徴とする。
The invention according to
請求項5に係る発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の光制御素子において、該出力用導波路は、マッハツェンダー型干渉計を構成する光導波路の出力用導波路、又は光スイッチの出力用導波路のいずれかであることを特徴とする。
The invention according to
請求項1に係る発明により、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を制御するための制御電極とを有する光制御素子において、該光導波路は、基本モード光を導出する出力用導波路部と該出力用導波路部に接続され高次モード光を導出する副導波路部と有し、該副導波路部に接触して形成され、該副導波路部を伝搬する高次モード光を除去するための除去手段が設けられているため、高次モード光のみを選択的に除去することが可能となる。しかも、除去手段は、高次モード光が導出される副導波路上に設けるだけで良く、除去手段が光制御素子の基板上に占める領域も極めて限定的となる。また、副導波路部は、出力用導波路部を含む通常の光導波路の形成時に、同時に形成することが可能であるため、製造工程が複雑化することも無い。 According to the first aspect of the present invention, in a light control element comprising a substrate having an electro-optic effect, an optical waveguide formed on the substrate, and a control electrode for controlling a light wave propagating through the optical waveguide, The waveguide has an output waveguide section for deriving fundamental mode light and a sub-waveguide section connected to the output waveguide section for deriving higher-order mode light, and is formed in contact with the sub-waveguide section. Since the removal means for removing the higher-order mode light propagating through the sub-waveguide section is provided, only the higher-order mode light can be selectively removed. In addition, the removing means only needs to be provided on the sub-waveguide from which the higher-order mode light is derived, and the area occupied by the removing means on the substrate of the light control element is extremely limited. Further, the sub-waveguide portion can be formed simultaneously with the formation of the normal optical waveguide including the output waveguide portion, so that the manufacturing process is not complicated.
請求項2に係る発明により、副導波路部の入射側の導波路幅は、出力用導波路部の幅より狭く、除去手段と接触している領域では、該副導波路部の幅は、該出力用導波路部の幅より広い部分を有するため、高次モード光を選択的に副導波路部に導入することができ、除去手段が配置された領域ではマルチモードで伝搬させ、除去手段による除去効果をより一層高めることが可能となる。
According to the invention of
請求項3に係る発明により、除去手段は、光導波路より屈折率の高い高屈折率膜又は金属膜であるため、高屈折率膜の場合には、光制御素子の外部に高次モード光を効率良く導出することができ、金属膜の場合には、高次モード光を効率良く吸収することができるため、除去効率を高めることが可能である。しかも、従来例のように、溝などの凹部を形成しないため、薄い基板を用いた光制御素子に対しても機械的強度の低下を来すことが無い。
According to the invention of
請求項4に係る発明により、金属膜は、制御電極の一部であるため、制御電極を形成する際に、同時に除去手段を形成することが可能となり、製造工程の煩雑化を避けることができる。特に、制御電極を構成する接地電極の一部を除去手段として利用することで、除去手段の設置場所を比較的自由に選択することも可能となる。
According to the invention of
請求項5に係る発明により、出力用導波路は、マッハツェンダー型干渉計を構成する光導波路の出力用導波路、又は光スイッチの出力用導波路のいずれかであるため、高次モード光が発生し易い光変調器や光スイッチに対しても、本発明を用いることで、効率良く、不要な高次モード光を除去することが可能となる。
According to the invention of
本発明の光制御素子について、以下に詳細に説明する。
本発明の光制御素子は、図1の第1の実施例で示すように、電気光学効果を有する基板1と、該基板に形成された光導波路(2〜5)と、該光導波路を伝搬する光波を制御するための制御電極(不図示)とを有する光制御素子において、該光導波路は、基本モード光を導出する出力用導波路部4と該出力用導波路部4に接続され高次モード光を導出する副導波路部5と有し、該副導波路部5に接触して形成され、該副導波路部5を伝搬する高次モード光を除去するための除去手段6が設けられていることを特徴とする。
The light control element of the present invention will be described in detail below.
As shown in the first embodiment of FIG. 1, the light control device of the present invention propagates through the optical waveguide (1), the optical waveguide (2-5) formed on the substrate, and the optical waveguide. In the light control element having a control electrode (not shown) for controlling the light wave to be transmitted, the optical waveguide is connected to the
本発明の光制御素子によれば、副導波路部5により、高次モード光のみを選択的に除去することが可能となる。図2に図1の矢印A−A’における断面図を示す。図2に示すように、除去手段6は、高次モード光が導出される副導波路5上に設けるだけで良く、除去手段が光制御素子の基板上に占める領域も極めて限定的で良く、従来のように基板の多くの箇所に遮光手段を設ける必要もない。
According to the light control element of the present invention, only the higher-order mode light can be selectively removed by the
電気光学効果を有する基板1としては、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、PLZT(ジルコン酸チタン酸鉛ランタン)、及び石英系の材料などが利用することが可能である。光導波路(2〜5)を形成するには、Tiなどを熱拡散法やプロトン交換法などで基板表面に光導波路を形成する方法や、導波路に対応したリッジ形状により光導波路を形成する方法などがある。制御電極(不図示)は、信号電極や接地電極から構成され、基板表面に、Ti・Auの電極パターンを形成し、金メッキ方法などにより形成することが可能である。さらに、必要に応じて光導波路形成後の基板表面に誘電体SiO2等のバッファ層を設けることも可能であるが、除去手段6に接触する光導波路5の表面には、バッファ層などの低屈折率層を設けると光除去効果が低減するため、当該領域にはこれらの膜体を形成しない方が好ましい。
As the
出力用導波路部4及び副導波路部5は共に光導波路の一部であるため、上述したように光制御素子を構成する光導波路と同様に、Tiなどの熱拡散法等により形成できる。しかも、通常の光導波路の形成時に同時に形成することが可能であるため、製造工程が複雑化することも無い。図1の第1の実施例では、光導波路2は、マッハツェンダー型干渉計を構成し、本発明に係る副導波路部5は、出力用導波路部4を構成する該マッハツェンダー型干渉計の出力用導波路に接続して配置されている。
Since both the
出力用導波路部4には、当該干渉計の合波部3から出射されるONモード光となる基本モード光が伝搬し、副導波路部5には、該合波部3から出射されるOFFモード光となる放射モード光などの高次モード光が伝搬される。
The fundamental mode light, which is the ON mode light emitted from the
図3は、図1の出力用導波路部4及び副導波路部5との関係を示す一例であり、各導波路部の接続状況及び各導波路の幅を例示している。本発明における出力用導波路部4は、基本モード光を導出する際に利用され、該出力用導波路部4の幅W1を基準として、副導波路部5は、出力用導波路部4に接続される部分の幅W2が、条件「W2<W1」であり、除去手段6に接触する部分の幅W3は、条件「W3>W1」を満足するよう設定されている。
FIG. 3 is an example showing the relationship between the
幅W2に関する条件設定により、高次モード光のみを選択的に副導波路部へと導入することができる。また、幅W3に関する条件設定により、除去手段が配置された領域ではマルチモードで伝搬させ、除去手段による除去効果をより一層高めることが可能となる。つまり、光導波路の幅が広くなるにしたがい、伝搬するモード光の重心がより表面側になり、モード光が表面側に偏在することとなる。このため、除去手段6で副導波路部5を伝搬する光波を除去し易くなる。
Only the higher-order mode light can be selectively introduced into the sub-waveguide portion by setting the condition regarding the width W2. Further, by setting the condition relating to the width W3, it is possible to propagate in the multimode in the region where the removing unit is arranged, and to further enhance the removing effect by the removing unit. That is, as the width of the optical waveguide becomes wider, the center of gravity of the propagating mode light becomes more on the surface side, and the mode light is unevenly distributed on the surface side. For this reason, the light wave propagating through the
除去手段6としては、光導波路5より屈折率の高い高屈折率膜又は金属膜が選択可能である。高屈折率膜を利用する場合には、光制御素子の外部に高次モード光を効率良く導出することができる。また、金属膜の場合には、高次モード光を効率良く吸収することができるため、除去効率を高めることが可能である。しかも、従来の遮蔽手段などのように、溝などの凹部を形成しないため、薄い基板を用いた光制御素子に対しても機械的強度の低下を来すことが無い。
As the removing
しかも、除去手段6を金属膜で形成する場合には、光制御素子を構成する制御電極(不図示)の一部、例えば、制御電極を構成する接地電極の一部を除去手段として利用することで、制御電極を形成する際に、同時に除去手段6を形成することが可能となり、製造工程の煩雑化を避けることができる。しかも、接地電極は基板表面の比較的広い領域に設置されているため、除去手段6の設置位置の自由度を高めることも可能となる。
In addition, when the removal means 6 is formed of a metal film, a part of a control electrode (not shown) constituting the light control element, for example, a part of the ground electrode constituting the control electrode is used as the removal means. Thus, when the control electrode is formed, the removing
図4乃至7には、本発明の光制御素子に関する他の実施例について説明する。
図4は、図1の副導波路部5の一方は、光制御素子から放射光(モニタ光)10として導出させ、光検出器などでモニタし、光制御素子の駆動制御に利用することが可能である。また、モニタ光を導出しない副導波路部5には、除去手段6を設置している。
4 to 7 describe another embodiment relating to the light control element of the present invention.
FIG. 4 shows that one of the
図5では、副導波路部5を伝搬する光波をモニタするため、副導波路部5を伝搬する光波の一部を検出する光検出器20を基板1上に形成している。そして、光検出器20に導出されなかった残光を、除去手段6により除去するよう構成されている。
In FIG. 5, in order to monitor the light wave propagating through the
図6では、光導波路の出射側に光カプラ7を配置するものであり、信号光30は、出力用導波路部8を経て素子外に導出される。信号光以外の高次モード光は、副導波路部9を経て除去手段6に案内されるよう構成されている。
In FIG. 6, the
図7では、光導波路40を複数の分岐部から構成したものであり、光分岐部には、適宜、光スイッチなどが形成できる。図7では、光分岐部又は光スイッチにより導出される光波、特に、利用しない光波を案内するための導波路部41を設け、除去手段6を用いて除去している。図7では、除去部が1ポートのみだが、複数部に設けることができる。
In FIG. 7, the
上述した図4乃至7に係る各種実施例(第2乃至第5の実施例)においても、第1の実施例に示した出力用導波路部や副導波路部の構成や、除去手段の構成などが同様に適用できることは言うまでもない。 Also in the various embodiments (second to fifth embodiments) according to FIGS. 4 to 7 described above, the configuration of the output waveguide portion and the sub-waveguide portion shown in the first embodiment, and the configuration of the removing means Needless to say, the same can be applied.
以上説明したように、本発明によれば、光制御素子の製造工程を複雑化させず、不要な光を効率良く除去することが可能な光制御素子を提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a light control element capable of efficiently removing unnecessary light without complicating the manufacturing process of the light control element.
1 基板
2 マッハツェンダー型干渉計に係る光導波路
3 合波部
4 出力用導波路部
5 副導波路部
6 除去手段
DESCRIPTION OF
Claims (5)
該光導波路は、基本モード光を導出する出力用導波路部と該出力用導波路部に接続され高次モード光を導出する副導波路部と有し、
該副導波路部に接触して形成され、該副導波路部を伝搬する高次モード光を除去するための除去手段が設けられていることを特徴とする光制御素子。 In a light control element having a substrate having an electro-optic effect, an optical waveguide formed on the substrate, and a control electrode for controlling a light wave propagating through the optical waveguide,
The optical waveguide has an output waveguide section that derives fundamental mode light and a sub-waveguide section that is connected to the output waveguide section and derives higher-order mode light,
A light control element comprising a removing means for removing high-order mode light that is formed in contact with the sub-waveguide portion and propagates through the sub-waveguide portion.
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