JP2014197054A - Optical modulator - Google Patents

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洋一 細川
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哲 及川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical modulator inhibiting enlargement of a chip size while reducing high frequency loss due to crosstalk in optical signals or electric signals due to a substrate coupling mode.SOLUTION: An optical modulator includes optical waveguides (400-403) and modulation electrodes (900) that are formed on a substrate, the modulation electrodes modulating light wave transmitting through the optical waveguides. A part (B1) of the substrate where modulation is performed by the modulation electrodes is constituted of a plurality of mutually-separated modulation substrate parts (200 and 201). Each modulation substrate part is disposed with a low dielectric constant portion (500) that has a dielectric constant lower than that of a substrate material of the modulation substrate part.

Description

本発明は、光変調器に関し、特に、基板が、光導波路と変調電極とを有し、個々に分離された変調用基板部分を複数備えた光変調器に関する。   The present invention relates to an optical modulator, and more particularly to an optical modulator in which a substrate has an optical waveguide and a modulation electrode, and includes a plurality of individually separated modulation substrate portions.

光通信や光計測の技術分野では、光変調に際して、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）などの電気光学効果を有する基板に、光導波路と該光導波路を伝搬する光波を変調するための変調電極とを備えた光変調器が広く用いられている。   In the technical fields of optical communication and optical measurement, a substrate having an electro-optic effect such as lithium niobate (LN) is provided with an optical waveguide and a modulation electrode for modulating an optical wave propagating through the optical waveguide. Optical modulators are widely used.

近年では、高速多値変調を行うため、特許文献１に示すように、複数のマッハツェンダー（ＭＺ）型導波路を並列に配置する構成が採用されている。このように複数のＭＺ型導波路を配置する場合には、チップサイズ（幅）が大きくなるという問題が発生する。   In recent years, in order to perform high-speed multilevel modulation, as shown in Patent Document 1, a configuration in which a plurality of Mach-Zehnder (MZ) waveguides are arranged in parallel has been adopted. When a plurality of MZ type waveguides are arranged in this way, there arises a problem that the chip size (width) becomes large.

一方、変調器を組み込むシステム・装置からはデバイスの小型化が要求されている。単に光導波路間や電極間の距離を短くすると、デバイスが複数の光導波路及び作用電極で構成されるため、光・電気信号のクロストークの影響が大きくなる。   On the other hand, miniaturization of devices is required from systems and apparatuses incorporating a modulator. If the distance between the optical waveguides or the electrodes is simply shortened, the device is composed of a plurality of optical waveguides and working electrodes, so that the influence of crosstalk of optical / electrical signals increases.

また、チップサイズ（幅）が大きくなると、電気信号が基板結合モードにより高周波損失が発生し、高周波特性が劣化する。   Further, when the chip size (width) is increased, a high frequency loss occurs in the electric signal due to the substrate coupling mode, and the high frequency characteristics deteriorate.

また、上述したように、クロストークが発生し易くなることについては、特許文献２に示すように、光導波路間や電極間に溝を形成することで、光導波路間や電極間の間隔を広げることなく、クロストークの影響を抑制することが可能となる。   Further, as described above, as to the tendency of crosstalk to occur, as shown in Patent Document 2, a gap is formed between the optical waveguides and between the electrodes by forming grooves between the optical waveguides and between the electrodes. Thus, the influence of crosstalk can be suppressed.

しかしながら、上述した全ての課題を解決する手段については、提案されておらず、特に、クロストークを抑制するための溝については、十分な効果を得るために、４５０μｍ以上の溝の深さを必要とする。仮に、このような数１００μｍの深さ方向の加工を行う際にリソグラフィー技術を用いた場合、加工に数日を要し、製造時間やコストが大幅に増加することとなる。   However, no means for solving all the above-mentioned problems has been proposed. In particular, a groove for suppressing crosstalk requires a groove depth of 450 μm or more to obtain a sufficient effect. And If a lithography technique is used when performing such processing in the depth direction of several hundred μm, the processing takes several days, and the manufacturing time and cost are greatly increased.

特開２００９−９４９８８号公報JP 2009-94988 A 特開２００９−５３４４４号公報JP 2009-53444 A

G.K.Gopalakrishnan, etal.,"ELECTRICAL LOSS MECHANISMS IN TRAVELLING WAVE LiNbO3 OPTICALMODULATORS", ELECTRONICS LETTERS, Vol.28, No.2, pp207-209, 16th January1992G.K.Gopalakrishnan, etal., "ELECTRICAL LOSS MECHANISMS IN TRAVELLING WAVE LiNbO3 OPTICALMODULATORS", ELECTRONICS LETTERS, Vol.28, No.2, pp207-209, 16th January1992

本発明が解決しようとする課題は、上記の問題を解決し、チップサイズの大型化を抑制し、光・電気信号のクロストークや基板結合モードによる高周波損失を低減することが可能な光変調器を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is an optical modulator capable of solving the above-described problems, suppressing the increase in chip size, and reducing high frequency loss due to crosstalk of optical / electrical signals and substrate coupling mode. Is to provide.

上記課題を解決するために、本発明の光変調器は以下のような技術的特徴を有する。
（１） 光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を変調するための変調電極とを基板に形成した光変調器において、該基板は、該変調電極により変調が行われている部分は、互いに分離した複数の変調用基板部分で構成され、各変調用基板部分は、互いの境界の一部に、該変調用基板部分の基板材料より誘電率の低い低誘電率部分を配置することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the optical modulator of the present invention has the following technical features.
(1) In an optical modulator in which an optical waveguide and a modulation electrode for modulating a light wave propagating through the optical waveguide are formed on a substrate, the substrate is a portion where the modulation is performed by the modulation electrode. It is composed of a plurality of separated modulation substrate portions, and each modulation substrate portion has a low dielectric constant portion having a lower dielectric constant than the substrate material of the modulation substrate portion disposed at a part of the boundary between each other. And

（２） 上記（１）に記載の光変調器において、該低誘電率部分は、該変調用基板部分と異なる基板材料、接着剤又は空間のいずれかで構成されていることを特徴とする。 (2) The optical modulator according to (1), wherein the low dielectric constant portion is formed of any one of a substrate material, an adhesive, and a space different from the modulation substrate portion.

（３） 上記（１）又は（２）に記載の光変調器において、隣接する該変調用基板部分では、該低誘電率部分を挟んで最も近接する光導波路の間隔が２００μｍ以上であり、該変調用基板部分の離間距離となる該低誘電率部分の幅は６０μｍ以上であることを特徴とする。 (3) In the optical modulator described in the above (1) or (2), in the adjacent modulation substrate portion, an interval between the optical waveguides closest to each other with the low dielectric constant portion interposed therebetween is 200 μm or more, The width of the low dielectric constant portion, which is the separation distance of the modulation substrate portion, is 60 μm or more.

（４） 上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の光変調器において、該変調用基板部分以外の光伝播部は、別の基板上に形成されている又は空間光学系であることを特徴とする。 (4) In the optical modulator according to any one of (1) to (3), the light propagation portion other than the modulation substrate portion is formed on another substrate or is a spatial optical system. It is characterized by.

本発明のように、光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を変調するための変調電極とを基板に形成した光変調器において、該基板は、該変調電極により変調が行われている部分は、互いに分離した複数の変調用基板部分で構成され、各変調用基板部分は、互いの境界の一部に、該変調用基板部分の基板材料より誘電率の低い低誘電率部分を配置することにより、各変調用基板部分のサイズを小さくすることができ、光変調器全体でのチップサイズ（特にチップ幅）の大型化を抑制することができる。   As in the present invention, in an optical modulator in which an optical waveguide and a modulation electrode for modulating a light wave propagating through the optical waveguide are formed on a substrate, the substrate is a portion where modulation is performed by the modulation electrode Is composed of a plurality of modulation substrate portions separated from each other, and each modulation substrate portion has a low dielectric constant portion having a lower dielectric constant than the substrate material of the modulation substrate portion at a part of the boundary between each other. As a result, the size of each modulation substrate portion can be reduced, and an increase in chip size (particularly chip width) in the entire optical modulator can be suppressed.

さらに、各変調用基板部分は互いの境界の一部に低誘電率部分を有しているため、光や電気信号のクロストークを効果的に抑制することができる。しかも、各変調用基板部分の大きさは、光変調器のチップサイズと比較して小さくなるため、高周波損失の発生を極めて高い周波数にシフトさせることができ、通常使用する周波数帯域における高周波損失の発生を効率的に抑制することができる。   Furthermore, since each modulation substrate portion has a low dielectric constant portion at a part of its boundary, crosstalk of light and electric signals can be effectively suppressed. In addition, since the size of each modulation substrate portion is smaller than the chip size of the optical modulator, the generation of high frequency loss can be shifted to an extremely high frequency, and the high frequency loss in the normally used frequency band can be shifted. Generation | occurrence | production can be suppressed efficiently.

また、変調用基板部分以外の光伝播部が別の基板上に形成された場合には、その別基板と、分割されて機械的に弱くなった複数の変調用基板を接合させ、機械的強度を保つ事が出来る。特に別基板に屈折率の大きい材料を用いる場合には、デバイスのサイズをよりコンパクトにできる。   In addition, when the light propagation part other than the modulation substrate portion is formed on another substrate, the separate substrate and a plurality of modulation substrates that are divided and mechanically weakened are joined to each other to obtain mechanical strength. Can be kept. In particular, when a material having a high refractive index is used for another substrate, the size of the device can be made more compact.

また、変調用基板部分以外の光伝播部が空間光学系の場合には、光のモード径の調整が容易であるため、変調用基板の端面における光の結合損を最小限に抑制できる。しかも、光の導波損もより小さくできる。   Further, when the light propagation portion other than the modulation substrate portion is a spatial optical system, it is easy to adjust the mode diameter of the light, so that the light coupling loss at the end face of the modulation substrate can be minimized. In addition, the waveguide loss of light can be further reduced.

本発明の光変調器に係る第１の実施例を説明する図である。It is a figure explaining the 1st Example which concerns on the optical modulator of this invention. 図１の点線Ｘ−Ｘ’における断面図を示す図である。It is a figure which shows sectional drawing in the dotted line X-X 'of FIG. 基板間の距離とクロストークとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the distance between board | substrates, and crosstalk. 本発明の光変調器に係る第２の実施例を説明する図である。It is a figure explaining the 2nd Example which concerns on the optical modulator of this invention. 本発明の光変調器に係る第３の実施例を説明する図である。It is a figure explaining the 3rd Example concerning the optical modulator of this invention. 本発明の光変調器に係る第４の実施例を説明する図である。It is a figure explaining the 4th Example concerning the optical modulator of the present invention. 本発明の光変調器に係る第５の実施例を説明する図である。It is a figure explaining the 5th Example which concerns on the optical modulator of this invention. 本発明の光変調器に係る第６の実施例を説明する図である。It is a figure explaining the 6th Example which concerns on the optical modulator of this invention. 本発明の光変調器に係る第７の実施例を説明する図である。It is a figure explaining the 7th Example which concerns on the optical modulator of this invention. 本発明の光変調器に係る第８の実施例を説明する図である。It is a figure explaining the 8th Example which concerns on the optical modulator of this invention. 図９に示す光変調器を互いに連結配置した様子を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a state where the optical modulators illustrated in FIG. 9 are connected to each other. 図２の実施例に対する応用例を、図１の点線Ｘ−Ｘ’における断面図で示す図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along a dotted line X-X ′ in FIG. 1, showing an application example to the embodiment of FIG. 2. 光変調器における変調電極の配置を説明する図である。It is a figure explaining arrangement | positioning of the modulation | alteration electrode in an optical modulator. 本発明の光変調器に係る第９の実施例を説明する図である。It is a figure explaining the 9th Example which concerns on the optical modulator of this invention. 本発明の光変調器に係る第１０の実施例を説明する図である。It is a figure explaining the 10th Example which concerns on the optical modulator of this invention. 本発明の光変調器に係る第１１の実施例を説明する図である。It is a figure explaining the 11th Example which concerns on the optical modulator of this invention. 本発明の光変調器に係る第１２の実施例を説明する図である。It is a figure explaining the 12th Example which concerns on the optical modulator of this invention.

以下、本発明について好適例を用いて詳細に説明する。
図１に示すように、本発明の光変調器は、光導波路（４００〜４０３）と、該光導波路を伝搬する光波を変調するための変調電極（９００）とを基板に形成した光変調器において、該基板は、該変調電極により変調が行われている部分（Ｂ１）は、互いに分離した複数の変調用基板部分（２００，２０１）で構成され、各変調用基板部分は、互いの境界の一部に、該変調用基板部分の基板材料より誘電率の低い低誘電率部分（５００）を配置することを特徴とする。 Hereinafter, the present invention will be described in detail using preferred examples.
As shown in FIG. 1, the optical modulator of the present invention is an optical modulator in which an optical waveguide (400 to 403) and a modulation electrode (900) for modulating an optical wave propagating through the optical waveguide are formed on a substrate. In the substrate, the portion (B1) modulated by the modulation electrode is composed of a plurality of modulation substrate portions (200, 201) separated from each other, and each of the modulation substrate portions has a boundary between each other. A low dielectric constant portion (500) having a dielectric constant lower than that of the substrate material of the modulation substrate portion is disposed in a part of the substrate.

本発明の光変調器に使用される基板としては、変調用基板部分には、電気光学効果を有する基板を使用する必要があり、例えばニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）等の単結晶材料やこれらの固溶体結晶材料を用いることができる。また、半導体やポリマーも電気光学効果を有する基板として使用することが可能である。他方、変調用基板部分以外については、光導波路の分岐、合流、曲げなどに対して光の閉じ込めが強く、低損失な基板を用いることが好ましい。例えば、石英などを好適に使用することが可能である。さらに、変調用基板部分以外を後述するような空間光学系で構成することも可能である。   As the substrate used in the optical modulator of the present invention, it is necessary to use a substrate having an electro-optic effect as the modulation substrate portion. For example, lithium niobate, lithium tantalate, PLZT (lead zirconate titanate) A single crystal material such as lanthanum) or a solid solution crystal material thereof can be used. Semiconductors and polymers can also be used as substrates having an electro-optic effect. On the other hand, except for the substrate portion for modulation, it is preferable to use a low loss substrate that has strong light confinement against the branching, joining, bending, etc. of the optical waveguide. For example, quartz can be preferably used. Further, it is possible to configure a space optical system as described later except for the modulation substrate portion.

光導波路は、例えば、チタンなどの高屈折率材料を基板に注入又は熱拡散することで形成することが可能である。また、基板に凹凸を形成し、リッジ型又はリブ型の光導波路を形成することも可能である。光導波路に近接して変調電極が形成されるが、例えばＺカットの基板を用いて、光導波路の直上に電極を形成する場合などは、光導波路を伝播する光波の電極層への吸収を抑制するため、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などからなるバッファ層を、光導波路上又は基板上に形成することが可能である。 The optical waveguide can be formed, for example, by injecting or thermally diffusing a high refractive index material such as titanium into the substrate. It is also possible to form a ridge type or rib type optical waveguide by forming irregularities on the substrate. The modulation electrode is formed close to the optical waveguide. For example, when a Z-cut substrate is used to form an electrode directly above the optical waveguide, absorption of light waves propagating through the optical waveguide to the electrode layer is suppressed. Therefore, a buffer layer made of silicon oxide (SiO 2 ) or the like can be formed on the optical waveguide or the substrate.

変調電極は、信号電極と接地電極から構成される。変調電極を形成する際には、導電性金属で下地電極パターンを基板上に形成し、金メッキ処理などにより、必要な厚みの変調電極を形成する。   The modulation electrode is composed of a signal electrode and a ground electrode. When forming the modulation electrode, a base electrode pattern is formed on the substrate with a conductive metal, and the modulation electrode having a necessary thickness is formed by gold plating or the like.

図１は、メインマッハツェンダー（主ＭＺ）型光導波路（４００，４０３）に、２つのサブマッハツェンダー（副ＭＺ）型光導波路（４０２，４０１）を組み込んだ、所謂、入れ子型光導波路を持つ光変調器を示している。図１では、光変調が行われている部分Ｂ１
以外の領域（Ａ１，Ａ２）については、光導波路を形成した基板（１００，３００）で構成している。しかしながら、本発明の光変調器においては、これらの領域（Ａ１，Ａ２）は、基板ではなく、空間光学系で構成することも可能である。 FIG. 1 shows a so-called nested optical waveguide in which two sub Mach-Zehnder (sub-MZ) optical waveguides (402, 401) are incorporated in a main Mach-Zehnder (main MZ) -type optical waveguide (400, 403). 1 shows an optical modulator. In FIG. 1, a portion B1 where light modulation is performed.
The other regions (A1, A2) are constituted by substrates (100, 300) on which optical waveguides are formed. However, in the optical modulator of the present invention, these regions (A1, A2) can be configured not by a substrate but by a spatial optical system.

本発明の光変調器は、変調に係る部分Ｂ１を複数の変調用基板部分（２００，２０１）で構成している。図２は、図１の点線Ｘ−Ｘ’における断面図を示しており、変調用基板部分２００と変調用基板部分２０１とは完全に別基板で構成されている。これにより、特許文献４に示したように、溝を形成する手間を省き、生産性を高めることが可能となる。   In the optical modulator of the present invention, the portion B1 related to the modulation is composed of a plurality of modulation substrate portions (200, 201). FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the dotted line X-X ′ in FIG. 1, and the modulation substrate portion 200 and the modulation substrate portion 201 are completely formed of different substrates. As a result, as shown in Patent Document 4, it is possible to eliminate the trouble of forming the groove and increase productivity.

また、本発明の光変調器では、変調用基板部分が互いに隣接する場合の一部には、低誘電率部分５００を設けている。これは、一方の変調用基板部分における光変調動作が、他方の変調用基板部分の光変調動作に影響を及ぼす、所謂、クロストーク現象を抑制するためのものである。   In the optical modulator of the present invention, the low dielectric constant portion 500 is provided in a part of the case where the modulation substrate portions are adjacent to each other. This is to suppress the so-called crosstalk phenomenon in which the light modulation operation in one modulation substrate portion affects the light modulation operation in the other modulation substrate portion.

低誘電率部分は、変調用基板部分と異なる基板材料を配置したり、接着剤を充填したり、さらには、何も配置せずに空間として空けて置くことにより、構成することが可能である。この場合には低誘電率材料を用いた支持基板に変調基板を貼り付けてもよい。   The low dielectric constant portion can be configured by placing a different substrate material from the modulating substrate portion, filling it with adhesive, or leaving it open as a space without placing anything. . In this case, the modulation substrate may be attached to a support substrate using a low dielectric constant material.

特許文献２で示されるように電気的なクロストークを改善するには、クロストークの影響が０．１％以下であれば、バイアス制御に用いるディザ信号への影響を抑えることができる。当該数値の意味は、特定の電極により特定の光導波路に印加される電界の強さ１（１００％）とした場合に、該特定の電極が形成する電界が隣接する他の光導波路に与える電界の強さを示したものである。ニオブ酸リチウムなどでは、光導波路間距離が４００μｍ以上であれば、クロストーク０．１％以下であり、３００μｍで０．２％、２００μｍで０．６％である。特許文献４に示したように溝を形成することで、光導波路間距離が３００μｍでも０．１％程度に抑えることが可能であるが、本発明では、図２に示すように、変調用基板部分（２００，２０１）を低誘電率部分（空気等）で完全に分離しているため、より効果的にクロストークを抑制することが可能となる。   As shown in Patent Document 2, in order to improve the electrical crosstalk, if the influence of the crosstalk is 0.1% or less, the influence on the dither signal used for bias control can be suppressed. The meaning of the numerical value is an electric field applied to another optical waveguide adjacent to the electric field formed by the specific electrode when the strength of the electric field applied to the specific optical waveguide by the specific electrode is 1 (100%). It shows the strength of. In the case of lithium niobate or the like, if the distance between the optical waveguides is 400 μm or more, the crosstalk is 0.1% or less, 0.2% at 300 μm, and 0.6% at 200 μm. By forming a groove as shown in Patent Document 4, it is possible to suppress it to about 0.1% even when the distance between the optical waveguides is 300 μm. However, in the present invention, as shown in FIG. Since the portions (200, 201) are completely separated by the low dielectric constant portion (air or the like), crosstalk can be more effectively suppressed.

図３は、光導波路間距離が２００μｍと３００μｍの場合における、基板間距離（変調用基板部分の離間距離）の変化に対するクロストークの影響を示したグラフである。なお、基板材料はニオブ酸リチウムで基板厚は１ｍｍで計算している。図３によれば、光導波路間距離が２００μｍの場合でも、基板間距離が６０μｍ以上であれば、クロストーク０．１％以下とすることが可能であることが理解できる。更に好ましくは、８０μｍ以上であればよく、システム装置側の許容範囲内で決定できるが、そのメリットからは１２０μｍ以内が好ましい。   FIG. 3 is a graph showing the influence of crosstalk on the change in the inter-substrate distance (the separation distance of the modulation substrate portion) when the distance between the optical waveguides is 200 μm and 300 μm. Note that the substrate material is lithium niobate and the substrate thickness is 1 mm. It can be understood from FIG. 3 that even when the distance between the optical waveguides is 200 μm, the crosstalk can be 0.1% or less if the distance between the substrates is 60 μm or more. More preferably, it may be 80 μm or more and can be determined within the allowable range on the system apparatus side, but is preferably within 120 μm from the merit.

また、非特許文献１にも示すように、光変調器の高周波における透過特性は、基板のサイズにより、特定の周波数で急激な特性劣化が見られるような現象が発生する。このような高周波損失を抑制するには、基板のサイズをできるだけ小さくし、急激な高周波特性劣化が発生する周波数を可能な限り高くすることが好ましい。本発明の光変調器のように、変調用基板部分を個別に分離することにより、急激な高周波特性劣化が発生する周波数を高め、使用する周波数帯域での高周波損失を低減することも可能となる。   Further, as shown in Non-Patent Document 1, the transmission characteristic at high frequencies of the optical modulator has a phenomenon that abrupt characteristic deterioration is observed at a specific frequency depending on the size of the substrate. In order to suppress such high-frequency loss, it is preferable to reduce the size of the substrate as much as possible and to increase the frequency at which rapid high-frequency characteristic degradation occurs as much as possible. As in the optical modulator of the present invention, by separating the modulation substrate parts individually, it is possible to increase the frequency at which rapid high-frequency characteristic degradation occurs and reduce high-frequency loss in the frequency band to be used. .

以下、本発明の光変調器に関する多様な実施例について説明する。
図４の第２の実施例や図５の第３の実施例は、ＤＰ−ＱＰＳＫ（Dual
Polarozation-Quadrature Phase Shift Keying：偏波直交４値位相）変調器や１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）変調器などの、４並列のマッハツェンダー（ＭＺ）型光導波路の構造を備えた光変調器である。図４は、最小単位の各ＭＺ型光導波路について、分岐導波路（４０５，４０６）毎に、変調用基板部分（２０１，２０３）を設けている。各変調用基板部分の間には低誘電率部分５０１が設けられている。変調領域Ｂ１以外は、ＰＬＣなどの基板（１０１，３０１）で構成され、各光導波路（４０４，４０７）を備えている。 Hereinafter, various embodiments relating to the optical modulator of the present invention will be described.
The second embodiment in FIG. 4 and the third embodiment in FIG. 5 are DP-QPSK (Dual
This is an optical modulator having a structure of four parallel Mach-Zehnder (MZ) type optical waveguides such as a Polarozation-Quadrature Phase Shift Keying modulator and a 16QAM (Quadrature Amplitude Modulation) modulator. In FIG. 4, a modulation substrate portion (201, 203) is provided for each branch waveguide (405, 406) for each MZ optical waveguide of the minimum unit. A low dielectric constant portion 501 is provided between the modulation substrate portions. Other than the modulation region B1, the substrate is composed of a substrate (101, 301) such as a PLC, and includes optical waveguides (404, 407).

図５は、同じＭＺ型光導波路の２つの分岐導波路（４０９）を、一つの変調用基板部分（２０４，２０５）に収容したものである。基本的に、クロストーク現象を抑制する必要性が高い場所では、変調用基板部分を分離することが好ましい。ただし、図４のように、チップ内部に分離した基板部分が多く存在する場合には、変調電極への配線が複雑化するため、必要以上に細分化するのは好ましくない。   FIG. 5 shows a case where two branch waveguides (409) of the same MZ type optical waveguide are accommodated in one modulation substrate portion (204, 205). Basically, it is preferable to separate the modulation substrate portion in a place where there is a high need to suppress the crosstalk phenomenon. However, when there are many separated substrate portions inside the chip as shown in FIG. 4, the wiring to the modulation electrode becomes complicated, and it is not preferable to subdivide more than necessary.

図６の第４の実施例では、並列した２つのＭＺ型光導波路の変調部分を一つの変調用基板部分（２０６，２０７）で構成したものを示している。また、後段の他の変調部分についても、別途、別の変調用基板部分（６００，６０１）で構成している。そして、各変調部分を繋ぐ光導波路は、領域Ａ１〜Ａ３のように、石英系基板などの上に形成されるＰＬＣなどの複雑な光導波路配置が可能な基板で構成されている。   In the fourth embodiment shown in FIG. 6, the modulation part of two parallel MZ type optical waveguides is constituted by one modulation substrate part (206, 207). In addition, the other modulation part in the subsequent stage is also constituted by another modulation substrate part (600, 601). And the optical waveguide which connects each modulation | alteration part is comprised by the board | substrate which can arrange | position complicated optical waveguides, such as PLC formed on a quartz-type board | substrate etc. like area | region A1-A3.

図７の第５の実施例では、同じＭＺ型光導波路をｎ×ｍ個配置している。このように、同じ変調機能を付与する部分には、予め規格化した変調用基板部分を繰り返し利用することができる。このため、規格化したチップ（変調用基板部分）を多く製造するだけで、複雑な変調回路を歩留良く製造することも可能となる。なお、図７では、直列に接続される変調用基板部分間よりも、並列に配置される変調用基板部分間のクロストークの影響が大きいため、低誘電率部分５０６を並列方向に挿入している。   In the fifth embodiment of FIG. 7, n × m identical MZ type optical waveguides are arranged. As described above, a modulation substrate portion that has been standardized in advance can be repeatedly used for a portion to which the same modulation function is applied. For this reason, it is possible to manufacture a complex modulation circuit with a high yield only by manufacturing many standardized chips (modulation substrate portions). In FIG. 7, since the influence of crosstalk between the modulation substrate portions arranged in parallel is larger than between the modulation substrate portions connected in series, the low dielectric constant portion 506 is inserted in the parallel direction. Yes.

図８の第６の実施例は、図７と同様に、ＭＺ型光導波路を備えた変調用基板部分（２０９，２１０）を２個用いた、折り返し構造の光変調器である。ｉｎ方向から光を導入し、ｏｕｔ方向から光を導出するよう構成している。   The sixth embodiment of FIG. 8 is an optical modulator having a folded structure using two modulation substrate portions (209, 210) each having an MZ type optical waveguide, as in FIG. Light is introduced from the in direction and light is derived from the out direction.

図９の第７の実施例と図１０の第８の実施例は、２×２スイッチ構造の光変調器を示している。図９では、各変調用基板部分（２１１，２１２）には一本の光導波路しか形成されていないが、図１０では、各変調用基板部分（２１３，２１４）には、ＭＺ型光導波路が形成され、より複雑な制御を可能とする光スイッチを実現することができる。   The seventh embodiment of FIG. 9 and the eighth embodiment of FIG. 10 show an optical modulator having a 2 × 2 switch structure. In FIG. 9, only one optical waveguide is formed on each modulation substrate portion (211, 212). However, in FIG. 10, each modulation substrate portion (213, 214) has an MZ type optical waveguide. An optical switch that is formed and enables more complicated control can be realized.

図１１は、図９又は図１０で示したような２×２スイッチを集積して、複雑な光集積回路を構成する例を示している。最小の構成ユニットであるＣ１〜Ｃ３は、同じスイッチ構造であっても良いし、光導波路や変調電極の構造が異なる別の種類のユニットであっても良い。   FIG. 11 shows an example in which a 2 × 2 switch as shown in FIG. 9 or FIG. 10 is integrated to constitute a complex optical integrated circuit. The minimum constituent units C1 to C3 may have the same switch structure, or may be different types of units having different optical waveguide and modulation electrode structures.

図１２は、図１の点線Ｘ−Ｘ’における断面図の一種であり、基板を複数の基板部分（１００，２００，２０１，３００）で分けた場合に、互いの基板の接合強度を高めるため、支持基板８００を別途配置する例を示している。支持基板８００の上に配置する複数の基板の厚みが薄い程、支持基板を備えることが好ましい。   FIG. 12 is a kind of cross-sectional view taken along the dotted line XX ′ in FIG. 1, in order to increase the bonding strength between the substrates when the substrates are divided into a plurality of substrate portions (100, 200, 201, 300). The example which arrange | positions the support substrate 800 separately is shown. The thinner the plurality of substrates disposed on the support substrate 800, the more preferably the support substrate is provided.

そもそも、各々の変調用基板部分の間には低誘電率部分が設けられているが、当該低誘電率部分が接着剤である場合は、接着剤の作用により変調用基板部分同士を接合することが可能である。低誘電率部分が接着剤以外で各変調用基板部分を固定する場合や、各変調用基板部分をより強固に固定する場合には、ＰＬＣを構成する別の基板と当該変調用基板部分との接合が重要な役割を果たす。変調用基板部分や別の基板などの相互の結合強度を更に高めるために、上述した支持基板が用いられる。支持基板には、基板の位置を決定するために浅い溝を形成しておいてもよい。   In the first place, a low dielectric constant portion is provided between each modulation substrate portion, but when the low dielectric constant portion is an adhesive, the modulation substrate portions are bonded together by the action of the adhesive. Is possible. When the low dielectric constant portion is other than an adhesive and each modulation substrate portion is fixed, or when each modulation substrate portion is fixed more firmly, between the other substrate constituting the PLC and the modulation substrate portion Joining plays an important role. In order to further increase the mutual coupling strength between the modulation substrate portion and another substrate, the above-described support substrate is used. A shallow groove may be formed in the support substrate in order to determine the position of the substrate.

本発明の光変調器では、全ての変調用基板部分には、必ず変調電極を備える必要はない。図１３（ａ）に示すように、２つの変調用基板部分（２１５，２１６）がある場合、一方の基板部分２１６に変調電極（信号電極９００）を設け、他方の基板部分２１５に変調電極を配置しない場合でも、両者の構成が協働して全体の光変調を実現している。このような場合でも、変調電極９００の影響が、他方の基板部分２１５に形成された光導波路４３５に及ぼさないように、低誘電率部分５１０が設けられている。当然、図１３（ｂ）のように各々の基板部分（２１７，２１８）に変調電極（９０１，９０２）を形成することも可能である。   In the optical modulator of the present invention, it is not always necessary to provide a modulation electrode on every modulation substrate portion. As shown in FIG. 13A, when there are two modulation substrate portions (215, 216), a modulation electrode (signal electrode 900) is provided on one substrate portion 216, and a modulation electrode is provided on the other substrate portion 215. Even when not arranged, the configuration of the two cooperates to realize the entire light modulation. Even in such a case, the low dielectric constant portion 510 is provided so that the influence of the modulation electrode 900 does not affect the optical waveguide 435 formed in the other substrate portion 215. Of course, it is also possible to form the modulation electrodes (901, 902) on the respective substrate portions (217, 218) as shown in FIG.

図１４の第９の実施例は、変調用基板部分（２１９，２２０）を同一平面に配置するのではなく、立体的に配置した例を示したものである。図１４の（ａ）は側面図であり、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ａ）及び（ｂ）に示す点線での断面図である。   The ninth embodiment of FIG. 14 shows an example in which the modulation substrate portions (219, 220) are arranged three-dimensionally rather than arranged on the same plane. 14A is a side view, FIG. 14B is a plan view, and FIG. 14C is a cross-sectional view taken along the dotted line shown in FIGS.

ＰＬＣなどの基板（１１０，３１０）上の光導波路が形成された平面と、変調用基板部分の光導波路が形成された平面とは直交関係に配置されている。また、変調用基板部分（２１９，２２０）の間には、両者を接合し、かつ、クロストークを抑制する機能を有する低誘電率層を形成する接着剤５１２が配置されている。   The plane on which the optical waveguide on the substrate (110, 310) such as a PLC is formed and the plane on which the optical waveguide of the modulation substrate portion is formed are arranged in an orthogonal relationship. In addition, an adhesive 512 is disposed between the modulation substrate portions (219, 220) to form a low dielectric constant layer having a function of bonding the two and suppressing crosstalk.

図１５の第１０の実施例は、並列した２つのＭＺ型光導波路の変調部分に対して、各々の一部を共通の変調用基板部分（２２３）に配置する例を示している。当該変調用基板部分（２２３）に配置される異なる光導波路に同一の変調信号を印加する場合などは、このような基板配置が配線を行う上で簡便である。   The tenth example of FIG. 15 shows an example in which a part of each of the modulation parts of two MZ type optical waveguides arranged in parallel is arranged on a common modulation substrate part (223). In the case where the same modulation signal is applied to different optical waveguides arranged on the modulation substrate portion (223), such a substrate arrangement is convenient for wiring.

図１６の第１１の実施例は、変調用基板部分（２２３）にＸカット型基板を用いた例を示している。一例として、変調用電極をＭＺ型光導波路の間に配置している。   The eleventh embodiment of FIG. 16 shows an example in which an X-cut substrate is used for the modulation substrate portion (223). As an example, the modulation electrode is disposed between the MZ type optical waveguides.

図１７の第１２の実施例は、図１の光変調器におけるＰＬＣを形成した基板領域（Ａ１、Ａ２）を、空間光学系で構成したものである。ハーフミラー（ＨＭ１）で入射光を分岐し、一方をレンズ（Ｌ１）を用いて変調用基板部分（２０１）に入射させ、他方をミラー（Ｍ１）で反射し、レンズ（Ｌ２)を用いて集光し変調用基板部分（２００）に入射している。また、変調用基板部分（２００，２０１）からの出射光は、レンズ（Ｌ３，Ｌ４）で平行光となり、ミラー（Ｍ２）とハーフミラー（ＨＭ２）を用いて合波され出射される。   In the twelfth embodiment of FIG. 17, the substrate regions (A1, A2) in which the PLC in the optical modulator of FIG. 1 is formed are configured by a spatial optical system. The incident light is split by the half mirror (HM1), one is made incident on the modulation substrate portion (201) using the lens (L1), the other is reflected by the mirror (M1), and collected by using the lens (L2). Light is incident on the modulation substrate portion (200). The light emitted from the modulation substrate portions (200, 201) is converted into parallel light by the lenses (L3, L4), and is combined and emitted using the mirror (M2) and the half mirror (HM2).

領域Ａ１’又はＡ２’を一つの光学ユニットに組み込み、当該光学ユニットの筐体と変調用基板部分（又はその支持体）とを接合するよう構成することも可能である。さらに、光学ユニットと変調用基板部分との接合や、ＰＬＣなどの別の基板と変調用基板部分との接合に際しては、互いに当接した際に嵌合する凹凸を相互に形成し、位置合わせを容易に行えるよう工夫することも可能である。また本発明においては、複数の変調用基板部分（Ｂ）に電極を形成しユニット化した後に変調基板部分（Ｂ）を構成しても良いし、電極を形成する前に変調用基板部分（Ｂ）を構成しておいても良い。前者の場合には、変調基板部分（Ｂ）を構成後にフレキシブル電極などを用いて電気配線することの可能である。   It is also possible to incorporate the region A1 'or A2' into one optical unit and join the optical unit housing and the modulation substrate portion (or its support). Furthermore, when joining the optical unit and the modulation substrate part, or joining another substrate such as a PLC and the modulation substrate part, the concaves and convexes that fit together when they come into contact with each other are formed and aligned. It is also possible to devise it so that it can be easily performed. Further, in the present invention, the modulation substrate portion (B) may be formed after the electrodes are formed on the plurality of modulation substrate portions (B) and unitized, or before the electrodes are formed, the modulation substrate portion (B ) May be configured. In the former case, electrical wiring can be performed using a flexible electrode after the modulation substrate portion (B) is configured.

本発明によれば、チップサイズの大型化を抑制し、光・電気信号のクロストークや基板結合モードによる高周波損失を低減することが可能な光変調器を提供することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to provide an optical modulator that can suppress an increase in chip size and reduce high-frequency loss due to crosstalk of optical / electrical signals and a substrate coupling mode.

１００〜１１２ 基板（ＰＬＣ）
２００〜２２４ 変調用基板部分
３００〜３１２，７００ 基板（ＰＬＣ)
４００〜４４７ 光導波路
５００〜５１４ 低誘電率部分
６００，６０１ 変調用基板部分
８００ 支持基板
９００〜９１８ 変調電極（信号電極） 100-112 substrate (PLC)
200 to 224 Modulation substrate part 300 to 312,700 Substrate (PLC)
400 to 447 Optical waveguide 500 to 514 Low dielectric constant portion 600,601 Modulation substrate portion 800 Support substrate 900 to 918 Modulation electrode (signal electrode)

上記課題を解決するために、本発明の光変調器は以下のような技術的特徴を有する。
（１） 光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を変調するための変調電極とを基板に形成した光変調器において、該基板は、該変調電極により変調が行われている部分は、互いに分離した複数の変調用基板部分で構成され、各変調用基板部分は、並列に配置され、互いの境界の一部に、該変調用基板部分の基板材料より誘電率の低い低誘電率部分を配置することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the optical modulator of the present invention has the following technical features.
(1) In an optical modulator in which an optical waveguide and a modulation electrode for modulating a light wave propagating through the optical waveguide are formed on a substrate, the substrate is a portion where the modulation is performed by the modulation electrode. Each of the modulation substrate portions is arranged in parallel, and a low dielectric constant portion having a dielectric constant lower than that of the substrate material of the modulation substrate portion is formed in a part of each boundary. It is characterized by arranging.

本発明のように、光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を変調するための変調電極とを基板に形成した光変調器において、該基板は、該変調電極により変調が行われている部分は、互いに分離した複数の変調用基板部分で構成され、各変調用基板部分は、並列に配置され、互いの境界の一部に、該変調用基板部分の基板材料より誘電率の低い低誘電率部分を配置することにより、各変調用基板部分のサイズを小さくすることができ、光変調器全体でのチップサイズ（特にチップ幅）の大型化を抑制することができる。 As in the present invention, in an optical modulator in which an optical waveguide and a modulation electrode for modulating a light wave propagating through the optical waveguide are formed on a substrate, the substrate is a portion where modulation is performed by the modulation electrode Is composed of a plurality of modulation substrate portions separated from each other, and each modulation substrate portion is arranged in parallel and has a low dielectric constant having a lower dielectric constant than the substrate material of the modulation substrate portion at a part of each boundary. By arranging the rate portion, the size of each modulation substrate portion can be reduced, and the increase in the chip size (particularly the chip width) of the entire optical modulator can be suppressed.

さらに、各変調用基板部分は、並列に配置され、互いの境界の一部に低誘電率部分を有しているため、光や電気信号のクロストークを効果的に抑制することができる。しかも、各変調用基板部分の大きさは、光変調器のチップサイズと比較して小さくなるため、高周波損失の発生を極めて高い周波数にシフトさせることができ、通常に使用する帯域での高周波損失の発生を効率的に抑制することができる。 Furthermore, since each modulation substrate portion is arranged in parallel and has a low dielectric constant portion at a part of the boundary between each other, crosstalk of light and electric signals can be effectively suppressed. Moreover, since the size of each modulation substrate portion is smaller than the optical modulator chip size, the generation of high-frequency loss can be shifted to a very high frequency, and high-frequency loss in the band normally used Can be efficiently suppressed.

Claims (4)

光導波路と、該光導波路を伝搬する光波を変調するための変調電極とを基板に形成した光変調器において、
該基板は、該変調電極により変調が行われている部分は、互いに分離した複数の変調用基板部分で構成され、
各変調用基板部分は、互いの境界の一部に、該変調用基板部分の基板材料より誘電率の低い低誘電率部分を配置することを特徴とする光変調器。 In an optical modulator in which an optical waveguide and a modulation electrode for modulating an optical wave propagating through the optical waveguide are formed on a substrate,
The substrate is composed of a plurality of modulation substrate portions separated from each other, where the modulation is performed by the modulation electrode.
Each of the modulation substrate portions has a low dielectric constant portion whose dielectric constant is lower than that of the substrate material of the modulation substrate portion disposed at a part of the boundary between the modulation substrate portions. 請求項１に記載の光変調器において、該低誘電率部分は、該変調用基板部分と異なる基板材料、接着剤又は空間のいずれかで構成されていることを特徴とする光変調器。   2. The optical modulator according to claim 1, wherein the low dielectric constant portion is formed of any one of a substrate material, an adhesive, and a space different from the modulation substrate portion. 請求項１又は２に記載の光変調器において、隣接する該変調用基板部分では、該低誘電率部分を挟んで最も近接する光導波路の間隔が２００μｍ以上であり、該変調用基板部分の離間距離となる該低誘電率部分の幅は６０μｍ以上であることを特徴とする光変調器。   3. The optical modulator according to claim 1, wherein, in the adjacent modulation substrate portions, the interval between the optical waveguides closest to each other with the low dielectric constant portion interposed therebetween is 200 μm or more, and the modulation substrate portions are separated from each other. An optical modulator characterized in that the width of the low dielectric constant portion as a distance is 60 μm or more. 請求項１乃至３のいずれかに記載の光変調器において、該変調用基板部分以外の光伝播部は、別の基板上に形成されている又は空間光学系であることを特徴とする光変調器。   4. The optical modulator according to claim 1, wherein the light propagation portion other than the modulation substrate portion is formed on another substrate or is a spatial optical system. vessel.
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