JP2016071256A - Optical modulator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光変調器に関し、特に、ニオブ酸リチウム(LN)で形成した基板に光導波路と変調電極とを備えた変調用基板と、ポリマーで形成される光導波路を備えたポリマー導波路とを組み合わせた光変調器に関する。 The present invention relates to an optical modulator, and in particular, a modulation substrate including an optical waveguide and a modulation electrode on a substrate formed of lithium niobate (LN), and a polymer waveguide including an optical waveguide formed of a polymer. The present invention relates to an optical modulator combining the above.
ニオブ酸リチウム(LN)で形成された基板に光導波路を備えた光変調器(導波路型LN変調器)は、波長チャープが小さく、位相・強度変調が可能であることから、多値変調器として用いられている(特許文献1参照)。このLN変調器の性能を表す特性として、駆動電圧(Vπ)や変調帯域がある。駆動電圧が小さく、変調帯域が大きいほど、LN変調器の特性は、良好である。しかしながら、駆動電圧と変調帯域は、通常、トレードオフの関係にあることから、駆動電圧を固定して、変調帯域を伸ばすことは、困難である(特許文献2参照)。 An optical modulator having an optical waveguide on a substrate formed of lithium niobate (LN) (waveguide-type LN modulator) has a small wavelength chirp and is capable of phase / intensity modulation. (Refer to Patent Document 1). As characteristics representing the performance of the LN modulator, there are a drive voltage (Vπ) and a modulation band. The smaller the drive voltage and the larger the modulation band, the better the characteristics of the LN modulator. However, since the drive voltage and the modulation band are normally in a trade-off relationship, it is difficult to extend the modulation band by fixing the drive voltage (see Patent Document 2).
近年、位相・強度を変調させた多値変調方式が主流になっている(非特許文献1,2参照)。位相を操作するには、マッハツェンダー型導波路(MZ構造)を複数個配置する必要がある。例えば、4値PSK変調器の場合は3個のMZ構造、偏波多重4値PSK変調器の場合6個のMZ構造が必要になる。
In recent years, multilevel modulation schemes in which the phase and intensity are modulated have become mainstream (see Non-Patent
また、4値PSK変調器では入力光を4分岐にする必要がある。分離された各導波路は、MZ構造の作用部において位相変調が加えられる。この位相変調電極は、各MZ構造に対し、コプレーナ構造が適用されている。4値PSK変調器のMZ構造間の接地電極(GND電極)の幅は、各MZ構造の電気信号のクロストークやGND電極の接地機能を考慮すると、少なくとも200μm以上必要になる。 Further, in the quaternary PSK modulator, the input light needs to be divided into four branches. Each of the separated waveguides is subjected to phase modulation at the action part of the MZ structure. In this phase modulation electrode, a coplanar structure is applied to each MZ structure. The width of the ground electrode (GND electrode) between the MZ structures of the quaternary PSK modulator needs to be at least 200 μm in consideration of the crosstalk of the electrical signals of each MZ structure and the ground function of the GND electrode.
このため、光4分岐部の初段のY分岐の分離間隔は100μm以上になる。光変調器を小型化するためには、Y分岐の長さを短くする必要がある。一方、変調電極が形成する電界が光導波路に作用する作用領域の長さを短くすることも可能であるが、短くすると駆動電圧を増加させる必要があり、安価なドライバを用いることができない。このため、作用領域の長さを短くするよりは、Y分岐の長さを短くすることが検討されている(非特許文献1,2及び特許文献3参照)。
For this reason, the separation interval of the first Y branch of the
LNを用いた多値変調器の小型化においては、Y分岐部を短くする必要がある。しかし、従来のLiNbO3で形成された基板にTi拡散光導波路を設けた場合には、コア・クラッド間の屈折率差を大きくすることができない(非特許文献3参照)ため、Y分岐部の曲げ導波路を短くすることができない。この問題を解消するため、Y分岐部が形成される基板部分に、石英ガラスによるPLC(プレーナ光波回路)を適用することが提案されている。しかし、PLCとLNの接続は、複数の導波路(アレイ)同士のアライメントにおいて、全ての光導波路の結合損失を、同時に同一にすることが困難であること、光接続箇所が多く(光ファイバーとPLC間、PLCとLNチップ間)なることから、信頼性上の問題が生じる。 In miniaturization of a multilevel modulator using LN, it is necessary to shorten the Y branch section. However, when a Ti diffusion optical waveguide is provided on a substrate formed of conventional LiNbO 3 , the difference in refractive index between the core and the clad cannot be increased (see Non-Patent Document 3). The bending waveguide cannot be shortened. In order to solve this problem, it has been proposed to apply a PLC (planar lightwave circuit) made of quartz glass to the substrate portion on which the Y branch portion is formed. However, in the connection between the PLC and the LN, it is difficult to make the coupling loss of all the optical waveguides the same at the same time in the alignment between a plurality of waveguides (arrays), and there are many optical connection points (optical fiber and PLC Between the PLC and the LN chip), a problem in reliability arises.
しかも、PLCとLN基板との位置合わせ(光軸調整)には、光導波路の入力側から参照光を入射させ、出力側から出力される参照光をモニタしながら、両者の位置あわせを行う、所謂、アクティブアライメントが不可欠であり、調整作業の負担が大きくなるという問題も生じる。 In addition, for alignment (optical axis adjustment) between the PLC and the LN substrate, reference light is incident from the input side of the optical waveguide, and the both are aligned while monitoring the reference light output from the output side. So-called active alignment is indispensable, and there is a problem that the burden of adjustment work increases.
本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、光導波路の結合損失を抑制し、小型化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 to solve the above-mentioned problems, to provide an optical modulator capable of suppressing the coupling loss of the optical waveguide and miniaturizing.
上記課題を解決するため、本発明は以下のような技術的特徴を有する。
(1) ニオブ酸リチウムで形成されると共に、厚みが20μm以下の基板と、該基板に形成された複数の光導波路と、前記複数の光導波路を伝播する光波の少なくとも一部を変調するための変調電極とを有する変調用基板を備えた光変調器において、ポリマーで形成されると共に、該変調用基板の外部の光導波路のコア部を構成するポリマー導波路を有し、該ポリマー導波路は、該変調用基板に形成された前記複数の光導波路を互いに接続する分岐部又は合波部を備え、該ポリマー導波路と該変調用基板とを接続する部分では、該ポリマー導波路の高さが該変調用基板の厚みと同じに設定されていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention has the following technical features.
(1) A substrate formed of lithium niobate and having a thickness of 20 μm or less, a plurality of optical waveguides formed on the substrate, and at least part of light waves propagating through the plurality of optical waveguides An optical modulator comprising a modulation substrate having a modulation electrode, and having a polymer waveguide that is formed of a polymer and forms a core portion of an optical waveguide outside the modulation substrate, the polymer waveguide being A branching section or a combining section for connecting the plurality of optical waveguides formed on the modulation substrate to each other, and a height of the polymer waveguide at a portion connecting the polymer waveguide and the modulation substrate. Is set to be equal to the thickness of the modulation substrate.
(2) 上記(1)に記載の光変調器において、該変調用基板と該ポリマー導波路は、樹脂層を介して補強基板に接合されており、該樹脂層の屈折率は該ポリマー導波路の屈折率よりも低く設定されていることを特徴とする。 (2) In the optical modulator according to (1), the modulation substrate and the polymer waveguide are bonded to a reinforcing substrate via a resin layer, and the refractive index of the resin layer is the polymer waveguide. It is characterized by being set lower than the refractive index.
(3) 上記(1)又は(2)に記載の光変調器において、該変調用基板と該ポリマー導波路との接続部分は、他の材料を介さずに直接接続されていることを特徴とする。 (3) The optical modulator according to (1) or (2) above, wherein the connection portion between the modulation substrate and the polymer waveguide is directly connected without any other material. To do.
(4) 上記(1)乃至(3)のいずれかに記載の光変調器において、該ポリマー導波路を覆う保護膜を有し、該保護膜の屈折率は該ポリマー導波路の屈折率よりも低く設定されていることを特徴する。 (4) The optical modulator according to any one of (1) to (3), further including a protective film that covers the polymer waveguide, wherein the refractive index of the protective film is higher than the refractive index of the polymer waveguide. It is characterized by being set low.
(5) 上記(2)に記載の光変調器において、該ポリマー導波路の端部と光ファイバーとの接合位置には、該ポリマー導波路又は該樹脂層の一部を除去した溝が形成され、該溝に該光ファイバーの端部が配置されていることを特徴とする。 (5) In the optical modulator according to (2), a groove from which a part of the polymer waveguide or the resin layer is removed is formed at a bonding position between the end of the polymer waveguide and the optical fiber. An end of the optical fiber is disposed in the groove.
本発明のように、ニオブ酸リチウムで形成されると共に、厚みが20μm以下の基板と、該基板に形成された複数の光導波路と、前記複数の光導波路を伝播する光波の少なくとも一部を変調するための変調電極とを有する変調用基板を備えた光変調器において、ポリマーで形成されると共に、該変調用基板の外部の光導波路のコア部を構成するポリマー導波路を有し、該ポリマー導波路は、該変調用基板に形成された前記複数の光導波路を互いに接続する分岐部又は合波部を備え、該ポリマー導波路と該変調用基板とを接続する部分では、該ポリマー導波路の高さが該変調用基板の厚みと同じに設定されているため、ポリマー導波路で形成される光導波路は、曲げを大きくできるため、LN基板などと比較し、Y分岐で同じ分離間隔を得る場合でも、Y分岐の長さ(光軸方向の長さ)を短くすることができ、光変調器の小型化を実現できる。 As in the present invention, a substrate made of lithium niobate and having a thickness of 20 μm or less, a plurality of optical waveguides formed on the substrate, and at least a part of light waves propagating through the plurality of optical waveguides are modulated. An optical modulator comprising a modulation substrate having a modulation electrode for forming a polymer waveguide having a polymer waveguide that is formed of a polymer and forms a core portion of an optical waveguide outside the modulation substrate. The waveguide includes a branching section or a combining section that connects the plurality of optical waveguides formed on the modulation substrate to each other, and the polymer waveguide is provided at a portion that connects the polymer waveguide and the modulation substrate. Is set to be the same as the thickness of the modulation substrate, so that the optical waveguide formed by the polymer waveguide can be bent larger. Place to get But, it is possible to shorten the length of the Y-branch (length in the optical axis direction), while implementing downsizing of the optical modulator.
しかも、ポリマー導波路の高さを変調用基板の厚みと同じに設定することで、ポリマー導波路と変調用基板に形成された光導波路との結合損失を抑制することも可能となる。特に、ニオブ酸リチウム基板は20μm以下の厚みであるため、基板の熱膨張によるサイズの変化も少なく、ポリマー導波路との線膨張係数の差によるサイズや位置変化の影響も抑制される。 In addition, by setting the height of the polymer waveguide to be the same as the thickness of the modulation substrate, it is possible to suppress the coupling loss between the polymer waveguide and the optical waveguide formed on the modulation substrate. In particular, since the lithium niobate substrate has a thickness of 20 μm or less, there is little change in size due to thermal expansion of the substrate, and the influence of changes in size and position due to the difference in linear expansion coefficient from the polymer waveguide is suppressed.
また、変調用基板とポリマー導波路は、樹脂層を介して補強基板に接合されており、該樹脂層の屈折率は該ポリマー導波路の屈折率よりも低く設定されているため、樹脂層がポリマー導波路のクラッドとして機能する他、ポリマー導波路から漏れた光波が、薄いLN基板よりも樹脂層や補強基板に逃げるため、従来のY分岐を内包した薄いLN基板を用いた光変調器よりも、漏光による特性劣化を小さくすることも可能となる。 Further, the modulation substrate and the polymer waveguide are joined to the reinforcing substrate via a resin layer, and the refractive index of the resin layer is set lower than the refractive index of the polymer waveguide. In addition to functioning as a clad of the polymer waveguide, light waves leaking from the polymer waveguide escape to the resin layer and the reinforcing substrate rather than the thin LN substrate. Therefore, compared with the conventional optical modulator using a thin LN substrate including a Y branch. However, it is possible to reduce the deterioration of characteristics due to light leakage.
さらに、変調用基板とポリマー導波路との接続部分は、他の材料を介さずに直接接続されているため、変調用基板に形成された光導波路とポリマー導波路との結合損失をより一層抑制することが可能となる。特に、両者を繋ぐ接着層が不要となるため、環境温度変化に伴う内部応力が両者の接触面に加わらず、形状変化や内部応力による屈折率変化が抑制され、結合損失がより一層抑制される。 Furthermore, since the connecting part between the modulation substrate and the polymer waveguide is directly connected without any other material, the coupling loss between the optical waveguide formed on the modulation substrate and the polymer waveguide is further suppressed. It becomes possible to do. In particular, since an adhesive layer that connects the two becomes unnecessary, internal stress due to environmental temperature changes is not applied to the contact surfaces of both, and refractive index changes due to shape changes and internal stresses are suppressed, and coupling loss is further suppressed. .
また、ポリマー導波路を覆う保護膜を有し、該保護膜の屈折率は該ポリマー導波路の屈折率よりも低く設定されているため、保護膜がポリマー導波路を外部環境からの物理的・化学的刺激から保護するだけでなく、保護膜がポリマー導波路のクラッドとして機能する上、ポリマー導波路を伝播する光波が、ポリマー導波路の外部に漏出することを抑制することも可能となる。 In addition, since the protective film has a protective film covering the polymer waveguide, and the refractive index of the protective film is set to be lower than the refractive index of the polymer waveguide, the protective film is physically attached to the polymer waveguide from the external environment. In addition to protecting from chemical stimulation, the protective film functions as a cladding of the polymer waveguide, and it is also possible to suppress light waves propagating through the polymer waveguide from leaking out of the polymer waveguide.
ポリマー導波路の端部と光ファイバーとの接合位置には、該ポリマー導波路又は該樹脂層の一部を除去した溝が形成され、該溝に該光ファイバーの端部が配置されているため、光変調器と光ファイバーとの光軸調整を簡便かつ精確に行うことが可能となる。溝という目印を使った位置合わせ、所謂、パッシブアライメントを行うことができ、従来のようなアクティブアライメントが不要となる。 A groove from which a part of the polymer waveguide or the resin layer is removed is formed at the joining position between the end of the polymer waveguide and the optical fiber, and the end of the optical fiber is disposed in the groove. Optical axis adjustment between the modulator and the optical fiber can be easily and accurately performed. Positioning using a mark called a groove, so-called passive alignment can be performed, and conventional active alignment becomes unnecessary.
以下、本発明の光変調器について、好適例を用いて詳細に説明する。
本発明は、図1に示すように、ニオブ酸リチウムで形成されると共に、厚みが20μm以下の基板1と、該基板に形成された複数の光導波路10と、前記複数の光導波路を伝播する光波の少なくとも一部を変調するための変調電極(不図示)とを有する変調用基板1を備えた光変調器において、ポリマーで形成されると共に、該変調用基板の外部の光導波路のコア部を構成するポリマー導波路21を有し、該ポリマー導波路は、該変調用基板に形成された前記複数の光導波路10を互いに接続する分岐部又は合波部を備え、該ポリマー導波路と該変調用基板とを接続する部分Aでは、該ポリマー導波路21の高さが該変調用基板1の厚みと同じに設定されていることを特徴とする。
Hereinafter, the optical modulator of the present invention will be described in detail using preferred examples.
As shown in FIG. 1, the present invention is formed of lithium niobate and has a thickness of 20 μm or less, a plurality of
本発明に係る光変調器の特徴は、光導波路の一部をポリマー導波路で形成していることである。ポリマー導波路は、ニオブ酸リチウムに形成する光導波路、特に、Ti熱拡散導波路と比較し、コアとクラッドとの屈折率差を大きくすることができる。このため、光導波路の曲げを大きくできるため、LN基板などと比較し、Y分岐で同じ分離間隔を得る場合でも、Y分岐の長さ(光軸方向の長さ)を短くすることができ、光変調器の小型化を実現できる。 A feature of the optical modulator according to the present invention is that a part of the optical waveguide is formed of a polymer waveguide. The polymer waveguide can increase the difference in refractive index between the core and the clad as compared with the optical waveguide formed in lithium niobate, in particular, the Ti thermal diffusion waveguide. For this reason, since the bending of the optical waveguide can be increased, the length of the Y branch (length in the optical axis direction) can be shortened even when the same separation interval is obtained in the Y branch as compared with the LN substrate or the like. Miniaturization of the optical modulator can be realized.
さらに、本発明に係る光変調器では、図1の符号Aの点線部分に示すように、ポリマー導波路21の高さを変調用基板1の厚みと同じに設定している。この構成により、ポリマー導波路21と変調用基板1に形成された光導波路10との結合損失をより一層抑制することも可能となる。特に、ニオブ酸リチウムで形成される変調用基板1は20μm以下の厚みであるため、基板1の熱膨張によるサイズの変化も少なく、ポリマー導波路21との線膨張係数の差によるサイズ変化や位置変化による影響も小さい。
Furthermore, in the optical modulator according to the present invention, the height of the
図1の光変調器では、変調用基板1とポリマー導波路21は、樹脂層4を介して補強基板3に接合されている。これにより、20μm以下の厚みである変調用基板1の機械的強度不足を補い、ポリマー導波路21を支持することが可能になる。特に、樹脂層4の屈折率はポリマー導波路21の屈折率よりも低く設定することが好ましい。この場合は、樹脂層4がポリマー導波路21のクラッドの一部として機能することが可能となる。また、ポリマー導波路21を伝播する光波が、補強基板3の側に漏出することも抑制できる。
In the optical modulator of FIG. 1, the
変調用基板1とポリマー導波路21との接続部分(符号Aの部分)は、他の材料を介さずに直接接続されている。これは、従来のPLCとLN基板のような両者を接合する接着層が、本発明の光変調器では不要となることを意味している。接着層という異なる材料が介在しないため、変調用基板に形成された光導波路とポリマー導波路との結合損失をより一層抑制することが可能となる。しかも、両者が接着剤を介さないで接着されているため、接着剤の環境温度変化に伴う内部応力の影響を受けないため、ポリマー導波路の形状変化や内部応力が加わることによるポリマー導波路等の屈折率変化も抑制される。
The connection portion (the portion indicated by reference numeral A) between the
また、後述するように、ポリマー導波路21を覆う保護膜を設けることが可能である。この際は、保護膜の屈折率をポリマー導波路21の屈折率よりも低く設定することで、保護膜がポリマー導波路を外部環境からの物理的・化学的刺激から保護するだけでなく、保護膜がポリマー導波路のクラッドとして機能する上、ポリマー導波路を伝播する光波が、ポリマー導波路の外部に漏出することを抑制することも可能となる。
Further, as will be described later, a protective film covering the
本発明の光変調器に使用されるポリマー導波路の材料としては、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリシラン、サイトップ(商品名cytop,旭硝子株式会社製,透明フッ素樹脂)等が好適に使用可能である。 As the material of the polymer waveguide used in the optical modulator of the present invention, polymethyl methacrylate (PMMA), polysilane, CYTOP (trade name cytop, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., transparent fluororesin), etc. can be suitably used. is there.
保護膜に使用される材料としては、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリシラン、サイトップ(商品名cytop,旭硝子株式会社製,透明フッ素樹脂)等が好適に使用可能である。ただし、ポリマー導波路のコア部よりも低屈折率となるように、屈折率を調整することが必要である。 As a material used for the protective film, polymethyl methacrylate (PMMA), polysilane, CYTOP (trade name cytop, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., transparent fluororesin) and the like can be suitably used. However, it is necessary to adjust the refractive index so that the refractive index is lower than that of the core portion of the polymer waveguide.
補強基板としては、変調用基板と線膨張係数が近い材料を使用することが好ましく、例えば、LNや石英ガラス、BK7などが利用可能である。また、変調用基板と補強基板とを接合する樹脂層の材料としては、作業性等を加味すると、アクリル等の光硬化接着剤などが好適に使用可能である。 As the reinforcing substrate, it is preferable to use a material having a linear expansion coefficient close to that of the modulating substrate. For example, LN, quartz glass, BK7, or the like can be used. In addition, as a material for the resin layer that joins the modulation substrate and the reinforcing substrate, a photo-curing adhesive such as acrylic can be suitably used in consideration of workability and the like.
次に、図2〜4を用いて、本発明の光変調器の製造方法の一例を説明する。
LN基板上にTi拡散導波路を、特許文献3に記載されている方法等で形成する。形成されたTi拡散導波路は、表面に凹凸が形成されているため(非特許文献4参照)、LNウェハ表面(0.1〜0.2μm程度)を研磨等で、平坦化処理を行う。図2(a)に示すように、光導波路10を設けたLN基板1を、Siウェハ等の保持基板100の表面に直接接合する(非特許文献5,6参照)。
Next, an example of the manufacturing method of the optical modulator of the present invention will be described with reference to FIGS.
A Ti diffusion waveguide is formed on the LN substrate by the method described in
図2(a)のSiウェハ100とLN基板1の導波路端面間を樹脂20(ポリマー導波路のコアを形成する材料)で充填する(図2(b)参照)。次に、図2(c)に示すように、LN基板1と樹脂20とを20μm以下、例えば、10μm程度の厚さまで、研削・研磨する。
The space between the
10μm程度の厚さのLN基板1と樹脂2を保持するため、図3(d)に示すように、低屈折率の接着剤(樹脂層)4を介して、補強基板3を接着する。その後、保持基板であるSiウェハ100を水酸化カリウム等で除去することによって、図3(e)に示すような、LN基板1と樹脂2の表面の高さが揃った状態を実現することができる。
In order to hold the
LN基板1のTi拡散導波路10を基準にして、RIE(reactive ion etting)等を用いて、樹脂2(ポリマー導波路のコア部となる層)を光導波路21の形状にパターン形成を行う(図4(f)参照)。
Using the
その後、図4(g)に示すように、後工程(電極形成、実装等)を考慮して、保護膜5(クラッド層)を付加することも可能である。変調電極は、図3(e)のLN基板1の表面を露出した状態以降であれば、いつでも形成可能であるが、形成したポリマー導波路を保護するためにも、保護膜5を形成した後に、変調電極を形成することが好ましい。
Thereafter, as shown in FIG. 4G, a protective film 5 (cladding layer) can be added in consideration of subsequent processes (electrode formation, mounting, etc.). The modulation electrode can be formed at any time after the surface of the
本発明の光変調器に形成された各光導波路は、LN基板1を構成するウェハを基準に、全て、光接続(位置合わせ)されており(パッシブアライメントが可能)、大量生産が可能となる。しかも、光導波路同士を接着剤を用いずに接続することができるため、信頼性を担保することが可能である。例えば、接合部間に接着剤等の介在物がないため、温度変化による接着剤の軟化等による特性劣化も生じない。 The optical waveguides formed in the optical modulator of the present invention are all optically connected (positioned) with reference to the wafer constituting the LN substrate 1 (passive alignment is possible), and mass production is possible. . In addition, since the optical waveguides can be connected without using an adhesive, it is possible to ensure reliability. For example, since there is no inclusion such as an adhesive between the joints, the characteristic deterioration due to the softening of the adhesive due to a temperature change does not occur.
本発明の光変調器の特徴である小型化について説明する。前述したように、DQPSK(Differentiaol Quadrature Phase Shift Keying)変調器やPD−QPSK(Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying)変調器は、光導波路の4光分岐部や8光分岐部を構成するために、2分岐回路を2段や3段と設けることが必要になる。しかも、各分岐後導波路間隔は100μm以上を確保することが必要であり、並列するマッハツェンダー型導波路の数に比例して、図5(a)に示すLN基板11の図の縦方向の高さが大きくなる。これに伴い、光分岐部に必要な長さ(図の横方向の長さ)も長くなり、光変調器のLN基板11の横方向(光伝播方向)の長さLは、より一層長くなる。図5及び図6は、PD−QPSK変調器の例を示している。LN基板11に形成した光導波路12は、2段の分岐部を経て、4つのマッハツェンダー型光導波路に接続されている。LN基板11から出射する2つの光波の一方は、X偏波として出力され、他方は、偏波回転素子6を経て、Y偏波となる。2つの光波は偏波合成手段7で合波され、出力される。
The downsizing that is a feature of the optical modulator of the present invention will be described. As described above, a DQPSK (Differentiaol Quadrature Phase Shift Keying) modulator and a PD-QPSK (Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying) modulator are provided with 2 2 It is necessary to provide two or three branch circuits. In addition, it is necessary to ensure that the spacing between the waveguides after branching is 100 μm or more, and in the vertical direction of the LN substrate 11 shown in FIG. 5A in proportion to the number of Mach-Zehnder waveguides in parallel. Height increases. Along with this, the length required for the optical branching portion (length in the horizontal direction in the figure) also increases, and the length L in the horizontal direction (light propagation direction) of the LN substrate 11 of the optical modulator becomes even longer. . 5 and 6 show examples of the PD-QPSK modulator. The
他方、高速変調などに対応するため、駆動電圧を低く維持するには、電極長(光(光導波路)と電場の相互作用長)を一定値以上で確保する必要がある。このため、光変調器の小型化し、光波の伝播方向の長さLを短くするには、光分岐回路を短くしなければならない。しかし、Ti拡散導波路の屈折率差は、固溶限界の関係上、大きくするには限界があり、その結果、コア・クラッド間の屈折率差を大きくできず、光導波路の曲げを急峻にすることが困難であった。 On the other hand, in order to cope with high-speed modulation and the like, in order to keep the driving voltage low, it is necessary to ensure the electrode length (interaction length between light (optical waveguide) and electric field) at a certain value or more. For this reason, in order to reduce the size of the optical modulator and shorten the length L in the propagation direction of the light wave, the optical branch circuit must be shortened. However, the refractive index difference of the Ti diffusion waveguide has a limit to increase due to the solid solution limit. As a result, the refractive index difference between the core and the cladding cannot be increased, and the bending of the optical waveguide becomes steep. It was difficult to do.
本発明では、図5(b)に示すように、光分岐回路をポリマー導波路24で構成している。符号23の網掛け領域は、ポリマー導波路24の形成領域を示している。ポリマー導波路は、LN基板に形成したTi熱拡散導波路と比較し、コア・クラッド間の屈折率差を大きくすることができるため、光導波路をより急峻に曲げることが可能になる。これにより、図5(b)のLN基板13とポリマー導波路形成領域23とを接続した長さL’は、図5(a)の従来のものより、格段に短くなり、光変調器の小型化を実現することが可能である。また、図5(b)のように、光導波路の曲げ部分や分岐部分をポリマー導波路に置き換えることによって、光が漏れうる箇所を減らすことが可能になる。仮に、ポリマー導波路から漏れた光は、バルク構造であるため、光変調器の光学特性への影響は軽微である。
In the present invention, as shown in FIG. 5 (b), the optical branch circuit is constituted by a
図6は、PD−QPSK変調器の入射側だけでなく、出射側の光分岐回路をポリマー導波路28で置き換えた例を示している。これにより、図5(b)の例よりも、より一層小型化することが可能になる。なお、符号15はLN基板であり、16はTi熱拡散導波路、26,28はポリマー導波路であり、25,27はポリマー導波路の形成領域である。図6のように、光分岐回路の大半をポリマー導波路で形成する場合には、光導波路を伝播する光波の位相を制御するには、熱光学効果(TO効果)等が用いられる。また、電圧制御を行いたい場合は、LN基板側に移相器を設置してもよい。
FIG. 6 shows an example in which the optical branch circuit on the emission side as well as the incident side of the PD-QPSK modulator is replaced with a
なお、図1(図4(f))では、ポリマー導波路は、光導波路部分のみを残して、ポリマー導波路を形成する樹脂を除去しているが、光導波路部分のみを凸状に形成し、接着層(樹脂層4)上の光導波路部分21以外にもポリマー導波路に使用される樹脂を残しても良い。また、光導波路は、光導波路に沿って溝を形成するリッジ形状の導波路とすることも可能である。
In FIG. 1 (FIG. 4 (f)), the polymer waveguide removes the resin that forms the polymer waveguide, leaving only the optical waveguide portion, but only the optical waveguide portion is formed in a convex shape. In addition to the
次に、本発明の光変調器と光ファイバーとをパッシブアライメントで位置合わせする方法について説明する。図7(a)に示すように、光変調器の入出射部分の材料2をポリマーにした場合、ファイバー接続部に溝8を形成することができる。溝は、図7(b)のようにポリマー導波路21を形成する際に、同時に形成することも可能である。通常の光ファイバーの素線径は125μmであるため、難加工性のLN基板上にV溝を63μmも加工することは困難であるが、ポリマーは、酸素を用いたRIEを用いることで、容易にV溝を形成することができる。しかも、ポリマー導波路を形成する樹脂2だけでなく、補強基板との接着層4を形成する樹脂も併せて加工できるため、図7(a)及び(b)の溝8を容易に形成することが可能である。
Next, a method for aligning the optical modulator and the optical fiber of the present invention by passive alignment will be described. As shown in FIG. 7A, when the
溝8を形成した後、図7(c)に示すように、該溝に光ファイバーの先端を配置することで、光ファイバー9と光変調器の基板(チップ)との光接続をパッシブアライメントで行うことができる。
After the
以上説明したように、本発明によれば、光導波路の結合損失を抑制し、小型化が可能な光変調器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 an optical modulator that can suppress the coupling loss of the optical waveguide and can be miniaturized.
1,11,13,15 LN基板
2,20 ポリマー導波路を形成する樹脂層
3 補強基板
4 接着層(樹脂層)
5 保護層
6 偏波回転手段
7 偏波合成手段
8 溝(V溝)
9 光ファイバー
10,12,14,16 LN基板に形成した光導波路
21,24,26,28 ポリマー導波路(コア部)
23,25,27 ポリマー導波路の形成領域
100 保持基板
1,11,13,15
5
9
23, 25, 27 Polymer
Claims (5)
ポリマーで形成されると共に、該変調用基板の外部の光導波路のコア部を構成するポリマー導波路を有し、
該ポリマー導波路は、該変調用基板に形成された前記複数の光導波路を互いに接続する分岐部又は合波部を備え、
該ポリマー導波路と該変調用基板とを接続する部分では、該ポリマー導波路の高さが該変調用基板の厚みと同じに設定されていることを特徴とする光変調器。 A substrate formed of lithium niobate and having a thickness of 20 μm or less; a plurality of optical waveguides formed on the substrate; and a modulation electrode for modulating at least a part of light waves propagating through the plurality of optical waveguides; In an optical modulator comprising a modulation substrate having
A polymer waveguide formed of a polymer and constituting a core portion of an optical waveguide outside the modulation substrate;
The polymer waveguide includes a branching section or a combining section that connects the plurality of optical waveguides formed on the modulation substrate,
An optical modulator characterized in that the height of the polymer waveguide is set to be equal to the thickness of the modulation substrate at a portion connecting the polymer waveguide and the modulation substrate.
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