JP2023070381A - 光デバイス及び光通信装置 - Google Patents

光デバイス及び光通信装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2023070381A
JP2023070381A JP2021182515A JP2021182515A JP2023070381A JP 2023070381 A JP2023070381 A JP 2023070381A JP 2021182515 A JP2021182515 A JP 2021182515A JP 2021182515 A JP2021182515 A JP 2021182515A JP 2023070381 A JP2023070381 A JP 2023070381A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
optical waveguide
optical waveguides
light
waveguides
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021182515A
Other languages
English (en)
Inventor
俊太郎 牧野
Shuntaro Makino
輝雄 倉橋
Teruo Kurahashi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Optical Components Ltd
Original Assignee
Fujitsu Optical Components Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Optical Components Ltd filed Critical Fujitsu Optical Components Ltd
Priority to JP2021182515A priority Critical patent/JP2023070381A/ja
Priority to US17/946,669 priority patent/US11936428B2/en
Priority to CN202211198483.1A priority patent/CN116107104A/zh
Publication of JP2023070381A publication Critical patent/JP2023070381A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/035—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/0305—Constructional arrangements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/0305—Constructional arrangements
    • G02F1/0316—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/40—Transceivers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

【課題】クロストークを抑制しながら、変調効率及び結合効率の向上を図る光デバイス等を提供することを目的とする。【解決手段】光デバイスは、電気光学結晶層と、前記電気光学結晶層に形成された第１の光導波路と、前記第１の光導波路に電気信号を印加する電極と、を有する。更に、光デバイスは、前記電気光学結晶層に形成され、かつ、前記第１の光導波路に接続された、アモルファス状態の第２の光導波路を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、光デバイス及び光通信装置に関する。
例えば、光変調器のような光デバイスは、表面の光導波路上に信号電極が配置され、信号電極に電圧が印加されると、光変調器の表面に対して垂直方向の電界が光導波路内に発生する。この電界によって光導波路の屈折率が変化するため、光導波路を伝搬する光の位相が変化し、光を変調することが可能となる。すなわち、光変調器の光導波路は、例えば、マッハツェンダ干渉計を構成し、平行に配置された複数の光導波路間の光の位相差により、例えば、ＸＹ偏波多重されるＩＱ信号を出力することができる。
図７は、光変調器１００の構成の一例を示す平面模式図、図８は、図７に示すＥ－Ｅ線断面部位の一例を示す略断面図である。図７に示す光変調器１００は、入力部１０１と、分岐部１０２と、２本の光導波路１０３と、電極部１０４と、合波部１０５と、出力部１０６とを有する。尚、光変調器１００の長さ方向をＹ方向、幅方向をＺ方向、厚さ方向をＸ方向とする。
入力部１０１は、光ファイバからの光を入力する。分岐部１０２は、入力部１０１からの光を分岐する。２本の光導波路１０３は、平行に配置され、分岐部１０２で分岐された各光を変調する光導波路である。電極部１０４は、２本の光導波路１０３に電気信号を印加する電極である。電極部１０４は、一対の接地電極１０４Ｂと、一対の接地電極１０４Ｂに挟まれるように配置された信号電極１０４Ａとを有する。信号電極１０４Ａは、光導波路１０３に電気信号を印加する電極である。接地電極１０４Ｂは、光導波路１０３に印加された電気信号を接地する電極である。各光導波路１０３は、信号電極１０４Ａからの電気信号に応じて光屈折率を変化させることで光の位相を変化して光を変調する、マッハツェンダ（ＭＺ）の相互作用部である。そして、各光導波路１０３は、変調後の光を合波部１０５に出力する。合波部１０５は、各光導波路１０３からの変調後の光を合波する。出力部１０６は、合波部１０５からの変調後の光を光ファイバに出力する。
図８に示す光変調器１００は、基板１１１と、基板１１１上に積層された中間層１１２と、中間層１１２に積層されたＬＮ（LiNbO3）材料の薄膜ＬＮ層１１３とを有する。更に、光変調器１００は、薄膜ＬＮ層１１３で形成された２本の光導波路１０３と、薄膜ＬＮ層１１３上に形成されたバッファ層１１４と、バッファ層１１４上に形成された電極部１０４とを有する。
基板１１１は、例えば、Ｓｉ又はＬＮ等の材料の基板である。中間層１１２は、ＬＮよりも光屈折率の低い、例えば、ＳｉＯ２の層である。薄膜ＬＮ層１１３は、光の閉じ込めが強く小型化が有利となる薄膜基板である。尚、薄膜ＬＮ層１１３の結晶軸は、Ｚ方向である。
光導波路１０３は、薄膜ＬＮ層１１３で形成されるため、例えば、挿入損失や伝送特性の面で優れている。薄膜ＬＮ層１１３は、Ｘカット基板であるため、構造対称性によりチャープフリー動作が可能であり、長距離伝送に適している。各光導波路１０３は、接地電極１０４Ｂと信号電極１０４Ａとの間に配置される。信号電極１０４Ａは、例えば、金や銅等の金属材料の電極である。接地電極１０４Ｂは、例えば、金や銅等の金属材料の電極である。バッファ層１１４は、光導波路１０３上を伝搬する光が電極部１０４で吸収されるのを防ぐために設けられる、例えば、ＳｉＯ2の層である。
薄膜ＬＮ層１１３の電気光学効果が最も強く発現する結晶方向は、信号進行方向（Ｙ方向）と直交する幅方向（Ｚ方向）である。各光導波路１０３は、信号電極１０４Ａから接地電極１０４Ｂへの電界方向の電界に応じて光屈折率が変化する。
図９は、ＴＥモード及びＴＭモードの一例を示す説明図である。光導波路１０３には、光フィールドの電界の主成分の方向によって２つのモードが存在する。図９に示すように、電界の主成分が平面方向のＴＥモードと、電界の主成分が垂直方向のＴＭモードとがある。尚、図９中の矢印は、電界の主成分の方向、図９中の点線の範囲は、光の分布範囲である。
Ｘカットの薄膜ＬＮ層１１３の光変調器１００は、図９の（Ａ）に示すように、光導波路１０３の平面方向にＺ方向が位置するため電極部１０４から印加される電界によって変調される信号光は平面方向の電界を主成分とするＴＥモードである。従って、電界の主成分が垂直方向のＴＭモードは、光変調器１００の動作には不要なモードと言える。
また、光変調器１００の変調効率は、電界を印加する各光導波路１０３の相互作用部の長さ、すなわち光学長の影響が大きく、変調効率を維持したまま、小型化を図るためには相互作用部を長くして相互作用部を折り返す構造が求められている。
図１０は、折り返し構造の光変調器１００Ａの構成の一例を示す平面模式図、図１１は、図１０に示すＦ－Ｆ線断面部位及びＧ－Ｇ線断面部位の一例を示す略断面図である。尚、図７及び図８に示す光変調器１００と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。図１０に示す光変調器１００Ａの光導波路は、往路側の光導波路１０３Ａ（１０３）と、折り返しの光導波路１０８と、復路側の光導波路１０３Ｂ（１０３）とを有する。
往路側の光導波路１０３Ａ及び復路側の光導波路１０３Ｂは、伝搬方向（伝搬角度）が０度であるＹ方向に沿って薄膜ＬＮ層１１３に形成された光導波路である。図１１の（Ａ）に示すＦ－Ｆ線断面部位は、往路側の光導波路１０３Ａに相当する。尚、往路側の光導波路１０３Ａ及び復路側の光導波路１０３Ｂのコアの厚さは同一である。往路側の光導波路１０３Ａ及び復路側の光導波路１０３Ｂのコアは、例えば、Ｘ方向及びＹ方向の屈折率を２．２１、Ｚ方向の屈折率を２．１４とする。
折り返しの光導波路１０８は、伝搬方向（伝搬角度）が０度以外、例えば、９０度であるＺ方向に沿って薄膜ＬＮ層１１３に形成された光導波路である。図１１の（Ｂ）に示すＧ－Ｇ線断面部位は、折り返しの光導波路１０８に相当する。折り返しの光導波路１０８のコアの厚さは、往路側の光導波路１０３Ａ及び復路側の光導波路１０３Ｂのコアの厚さと同一とする。折り返しの光導波路１０８のコアは、例えば、Ｘ方向及びＹ方向の屈折率を２．２１、Ｚ方向の屈折率を２．１４とする。つまり、折り返しの光導波路１０８、往路側の光導波路１０３Ａ及び復路側の光導波路１０３Ｂのコアの方位毎の屈折率は同一である。
図１２Ａは、光導波路１０３のコアの厚さを１μｍとしたの場合の実効屈折率に対する伝搬角度の依存性の一例を示す説明図である。光導波路１０３のコアの厚さを１μｍとした場合、Ｘカットの薄膜ＬＮ層１１３では、平面方向の屈折率が光導波路１０３の伝搬方向によって変化するため、ＴＥモードの実効屈折率も変化することになる。また、垂直方向の屈折率は光導波路１０３の伝搬方向によらず一定のため、ＴＭモードの実効屈折率は光導波路１０３の伝搬方向が変化してもほとんど変化がない。
米国特許第０７９７０２４１号明細書 特開２０１７－１５６４５４号公報
光変調器１００Ａでは、光導波路１０３の伝搬角度としてＹ方向を０度、Ｚ方向を９０度とした場合、図１２Ａに示すように、光導波路１０３の伝搬角度が９０度に近づくに連れてＴＥモードの実効屈折率が高くなる。従って、光変調器１００Ａでは、光導波路１０３のコアを厚くした場合、ＴＥモードの実効屈折率とＴＭモードの実効屈折率とが一致する伝搬角度が発生する。その結果、信号光のＴＥモードが不要光のＴＭモードに変換されて、ＴＥモードに対して不要なＴＭモードがクロストークとなる。
そこで、光導波路１０３のコアの厚さを薄くした場合、ＴＭモードに対するクロストークを抑制できる。図１２Ｂは、光導波路１０３のコアの厚さを０．４μｍとした場合の実効屈折率に対する伝搬角度の依存性の一例を示す説明図である。光導波路１０３のコアの厚さを、例えば、０．４μｍとした場合、ＴＥモードの実効屈折率とＴＭモードの実効屈折率とが一致する伝搬角度が発生しないため、ＴＥモードに対するクロストークを抑制できる。
しかしながら、光変調器１００Ａでは、クロストークを抑制する上で光導波路１０３のコアの厚さを薄くした場合、薄膜ＬＮ層１１３への光の閉じ込めが弱くなる。図１３は、光導波路１０３のコアの厚さに応じて変調効率の変化の一例を示す説明図である。光変調器１００Ａでは、光導波路１０３のコアの厚さを薄くした場合、薄膜ＬＮ層１１３への光の閉じ込めが弱くなるため、変調効率が劣化することになる。図１４は、光導波路１０３のコアの厚さに応じて結合効率の変化の一例を示す説明図である。光変調器１００Ａでは、光導波路１０３のコアの厚さを薄くした場合、薄膜ＬＮ層１１３への光の閉じ込めが弱くなるため、コアの厚さが薄くしたことによる光モードフィールドの縮小による光ファイバとの結合効率が劣化することになる。従って、光変調器１００Ａでは、ＴＥモードに対するクロストークの抑制と、変調効率及び結合効率の改善とがトレードオフの関係にある。
開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、クロストークを抑制しながら、変調効率及び結合効率の向上を図る光デバイス等を提供することを目的とする。
本願が開示する光デバイスは、１つの態様において、電気光学結晶層と、前記電気光学結晶層に形成された第１の光導波路と、前記第１の光導波路に電気信号を印加する電極と、を有する。更に、光デバイスは、前記電気光学結晶層に形成され、かつ、前記第１の光導波路に接続された、アモルファス状態の第２の光導波路を有する。
本願が開示する光デバイス等の１つの態様によれば、クロストークを抑制しながら、変調効率及び結合効率の向上を図る。
図１は、実施例１の光通信装置の構成の一例を示すブロック図である。 図２は、実施例１の光変調器の構成の一例を示す平面模式図である。 図３は、図２に示すＡ－Ａ線断面部位及びＢ－Ｂ線断面部位の一例を示す略断面図である。 図４は、実施例２の光変調器の構成の一例を示す平面模式図である。 図５は、実施例３の光変調器の構成の一例を示す平面模式図である。 図６は、実施例４の光変調器の構成の一例を示す平面模式図である。 図７は、光変調器の構成の一例を示す平面模式図である。 図８は、図７に示すＥ－Ｅ線断面部位の一例を示す略断面図である。 図９は、ＴＥモード及びＴＭモードの一例を示す説明図である。 図１０は、折り返し構造の光変調器の構成の一例を示す平面模式図である。 図１１は、図１０に示すＦ－Ｆ線断面部位及びＧ－Ｇ線断面部位の一例を示す略断面図である。 図１２Ａは、光導波路のコアの厚さを１μｍとした場合の実効屈折率に対する伝搬角度の依存性の一例を示す説明図である。 図１２Ｂは、光導波路のコアの厚さを０．４μｍとした場合の実効屈折率に対する伝搬角度の依存性の一例を示す説明図である。 図１３は、光導波路のコアの厚さに応じて変調効率の変化の一例を示す説明図である。 図１４は、光導波路のコアの厚さに応じて結合効率の変化の一例を示す説明図である。
以下、本願が開示する光デバイス等の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
図１は、実施例１の光通信装置１の構成の一例を示すブロック図である。図１に示す光通信装置１は、出力側の光ファイバ２Ａ（２）及び入力側の光ファイバ２Ｂ（２）と接続する。光通信装置１は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）３と、光源４と、光変調器５と、光受信器６とを有する。ＤＳＰ３は、デジタル信号処理を実行する電気部品である。ＤＳＰ３は、例えば、送信データの符号化等の処理を実行し、送信データを含む電気信号を生成し、生成した電気信号を光変調器５に出力する。また、ＤＳＰ３は、受信データを含む電気信号を光受信器６から取得し、取得した電気信号の復号等の処理を実行して受信データを得る。
光源４は、例えば、レーザダイオード等であって、所定の波長の光を発生させて光ファイバ４Ａを通じて光変調器５及び光受信器６へ供給する。光変調器５は、ＤＳＰ３から出力される電気信号によって、光源４から供給される光を変調し、得られた光送信信号を光ファイバ２Ａに出力する光デバイスである。光変調器５は、例えば、ＬＮ（Lithium Niobate：ニオブ酸リチウム）の光導波路とコプレーナ（ＣＰＷ：Coplanar Waveguide）構造の信号電極とを備えるＬＮ光変調器等の光デバイスである。
光受信器６は、光ファイバ２Ｂから光信号を受信し、光源４から供給される光を用いて受信光信号を復調する。そして、光受信器６は、復調した受信光信号を電気信号に変換し、変換後の電気信号をＤＳＰ３に出力する。
図２は、実施例１の光変調器５の構成の一例を示す平面模式図である。図２に示す光変調器５は、入力部１１と、分岐部１２と、往路側の２本の第１の光導波路１３Ａ（１３）と、電極部１４と、合波部１５と、第２の光導波路１６と、復路側の第１の光導波路１３Ｂ（１３）と、出力部１７とを有する。尚、光変調器５の長さ方向（伝搬方向）をＹ方向、幅方向（平面方向）をＺ方向、厚さ方向をＸ方向とする。
入力部１１は、光ファイバ４Ａからの光を入力する。尚、光ファイバ４Ａからの光は、光源４からの光である。分岐部１２は、入力部１１からの光を分岐する。往路側の２本の第１の光導波路１３Ａは、平行に配置され、分岐部１２にて分岐された各光を変調する、マッハツェンダ（ＭＺ）の相互作用部の光導波路である。往路側の２本の第１の光導波路１３Ａは、例えば、コアと、コアの両脇にコアの厚さよりも薄いスラブとを有するリッジ型導波路である。往路側の２本の第１の光導波路１３Ａは、後述する薄膜ＬＮ層３３の結晶軸のＺ方向と略直交する方向、例えば、Ｙ方向に沿って薄膜ＬＮ層３３に形成された光導波路である。
電極部１４は、往路側の２本の第１の光導波路１３Ａに電気信号を印加する電極である。往路側の２本の第１の光導波路１３Ａは、電極部１４からの電気信号に応じて光屈折率が変化して光を変調し、各変調後の光を合波部１５に出力する。電極部１４は、信号電極１４Ａと、一対の接地電極１４Ｂとを有する。信号電極１４Ａは、往路側の第１の光導波路１３Ａに電気信号を印加する電極である。接地電極１４Ｂは、往路側の第１の光導波路１３Ａに印加された電気信号を接地する電極である。往路側の２本の第１の光導波路１３Ａは、信号電極１４Ａからの電気信号に応じて光屈折率を変化させることで光の位相を変化して光を変調し、変調後の光を合波部１５に出力する。合波部１５は、往路側の２本の第１の光導波路１３Ａで変調した変調後の各光を合波する。光変調器５は、往路側の２本の第１の光導波路１３Ａと電極部１４とで変調部２０を成す。
第２の光導波路１６は、合波部１５からの変調後の光を通過する折り返しの光導波路である。第２の光導波路１６は、Ｚ方向と略直交するＹ方向以外の方向に沿って薄膜ＬＮ層３３に形成された直線導波路又は、伝搬方向が滑らかに変化する曲がり導波路の内、少なくとも何れか一つを含む光導波路である。
復路側の第１の光導波路１３Ｂは、第２の光導波路１６からの変調後の光を通過する光導波路である。復路側の第１の光導波路１３Ｂは、薄膜ＬＮ層３３の結晶軸のＺ方向と略直交するＹ方向に沿って薄膜ＬＮ層３３に形成された光導波路である。出力部１７は、光ファイバ２Ａと接続し、復路側の第１の光導波路１３Ｂからの変調後の光を光ファイバ２Ａに出力する。
図３は、図２に示すＡ－Ａ線断面部位及びＢ－Ｂ線断面部位の一例を示す略断面図である。図３の（Ａ）に示す第１の光導波路１３の部位は、基板３１と、基板３１上に積層された中間層３２と、中間層３２に積層された薄膜ＬＮ層３３と、薄膜ＬＮ層３３で形成された２本の第１の光導波路１３と、薄膜ＬＮ層３３上のバッファ層３４とを有する。更に、図３の（Ｂ）に示す第２の光導波路１６の部位は、基板３１と、基板３１上に積層された中間層３２と、中間層３２に積層された薄膜ＬＮ層３３と、薄膜ＬＮ層３３で形成された第２の光導波路１６と、薄膜ＬＮ層３３上のバッファ層３４とを有する。
基板３１は、例えば、ＳｉＯ2（二酸化ケイ素）、ＴｉＯ2（二酸化チタン）、Ｓｉ又はＬＮ等の材料の基板である。中間層３２は、ＬＮよりも光屈折率の低い、例えば、ＳｉＯ２又はＴｉＯ2の層である。尚、中間層３２は、例えば、薄膜ＬＮ層３３に形成された第１の光導波路１３及び第２の光導波路１６を伝搬する光信号が基板３１側へ放射しないように、薄膜ＬＮ層３３と基板３１との間の距離を光学的に十分に離すために、ある程度の厚みを備える。更に、その厚さは、例えば、２μｍ～６μｍ程度である。薄膜ＬＮ層３３は、電気光学結晶であるＬＮ結晶の薄膜を用いた基板であって、所定箇所を上方へ突起する凸形状の第１の光導波路１３が形成される。ＬＮ材料であるため、光の閉じ込めが強く小型化が有利となる。しかも、ＬＮ材料は、電界を印加した場合に屈折率が変化する、例えば、ポッケルス係数が約３０ｐｍ／Ｖの異方性材料である。
薄膜ＬＮ層３３は、Ｘカットの基板である。薄膜ＬＮ層３３は、電気光学結晶、例えば、ＬＮ（LiNbO3）材料の基板である。往路側の２本の第１の光導波路１３Ａは、薄膜ＬＮ層３３で形成され、その材料は、ＬＮであるため、例えば、挿入損失や伝送特性の面で優れている。光変調器５は、構造対称性によりチャープフリー動作が可能であり、長距離伝送に適している。
バッファ層３４は、第１の光導波路１３を伝搬する光が電極部１４で吸収されるのを防ぐために設けられる、例えば、ＳｉＯ2の層である。中間層３２とバッファ層３４との間には、厚さが０．５～３μｍの薄膜ＬＮ層３３が挟まれている。薄膜ＬＮ層３３に形成された凸形状の第１の光導波路１３となる突起の幅は、例えば、１～８μｍ程度である。薄膜ＬＮ層３３及び第１の光導波路１３は、バッファ層３４によって被覆されている。
信号電極１４Ａは、例えば、金や銅等の金属材料からなり、幅が２～１０μｍ、厚みが１～２０μｍの電極である。接地電極１４Ｂは、例えば、金や銅等の金属材料からなり、厚みが１μｍ以上の電極である。ＤＳＰ３から出力される電気信号に応じた駆動電圧が信号電極１４Ａによって伝送されることにより、信号電極１４Ａから接地電極１４Ｂへ向かう方向の電界が発生し、この電界が第１の光導波路１３に印加される。その結果、第１の光導波路１３への電界印加に応じて第１の光導波路１３の屈折率が変化し、第１の光導波路１３を伝搬する光を変調することが可能となる。
往路側の２本の第１の光導波路１３Ａは、薄膜ＬＮ層３３の結晶軸のＺ方向を９０度、Ｙ方向を０度とした場合、光変調器５のチップ内に形成される光導波路の内、ほぼ０度のＹ方向に沿って形成される直線の光導波路である。尚、ほぼ０度には、０度の他に、例えば、０度を狙って光導波路を製造される際に第１の光導波路１３の製造誤差の範囲、例えば、±２０度以内を含むものとする。往路側の２本の第１の光導波路１３Ａのコアは、薄膜ＬＮ層３３の結晶軸のＺ方向と略直交するＹ方向に沿って薄膜ＬＮ層３３に形成されるため、非アモルファス状態とする。復路側の第１の光導波路１３Ｂ、入力部１１及び出力部１７のコアも、往路側の２本の第１の光導波路１３Ａのコアと同様に、非アモルファス状態のコアとする。往路側の第１の光導波路１３Ａ及び復路側の第１の光導波路１３Ｂのコアは、非アモルファス状態であるため、例えば、Ｘ方向及びＹ方向の屈折率を約２．２１、Ｚ方向の屈折率を約２．１４とする。
第２の光導波路１６のコアは、Ｚ方向に直交しない方向、すなわちほぼ０度のＹ方向以外の方向に沿って薄膜ＬＮ層３３に形成される光導波路とし、アモルファス状態のコアである。尚、Ｚ方向に直交しない方向とは、例えば、実際にＹ方向からズレる角度よりも大きく、かつ、Ｚ方向の９０度以下の範囲である。第２の光導波路１６、分岐部１２及び合波部１５のコアは、アモルファス状態であるため、例えば、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向の屈折率を約２．１７５とする。第２の光導波路１６のコアは、アモルファス状態であるため、ＴＥモードの実効屈折率とＴＭモードの実効屈折率とが交わる伝搬角度が無くなる。その結果、ＴＥモードに対する不要なＴＭモードのクロストークを抑制できる。尚、分岐部１２及び合波部１５のコアも、第２の光導波路１６のコアと同様にアモルファス状態とする。尚、第２の光導波路１６、分岐部１２及び合波部１５は、第１の光導波路１３と接続する引き回しの第２の光導波路とする。
往路側の第１の光導波路１３Ａ、復路側の第１の光導波路１３Ｂ、入力部１１及び出力部１７のコアは、非アモルファス状態であるため、例えば、Ｘ方向及びＹ方向の屈折率を約２．２１、Ｚ方向の屈折率を約２．１４とする。これに対して、第２の光導波路１６、分岐部１２及び合波部１５のコアは、アモルファス状態であるため、例えば、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向の屈折率を約２．１７５とする。
アモルファス状態及び非アモルファス状態を形成する工程としては、例えば、非アモルファス状態にするコアをマスクして薄膜ＬＮ層３３の表面からアルゴン（Ａｒ＋）イオンを注入する。Ａｒ＋イオンを注入することで、薄膜ＬＮ層３３のコアのＬＮ結晶方位を崩して光屈折率の異方性を取り除くアモルファス状態にする。また、マスクしたコアは非アモルファス状態のままである。その結果、アモルファス状態にすることで、信号光のＴＥモードの実効屈折率と不要光のＴＭモードの実効屈折率とが一致する角度がなくなるため、クロストークを抑制できる。
実施例１の光変調器５は、往路側の第１の光導波路１３Ａ、復路側の第１の光導波路１３Ｂ、入力部１１及び出力部１７のコアを非アモルファス状態、第２の光導波路１６、分岐部１２及び合波部１５のコアをアモルファス状態にする。アモルファス状態のコアでは、ＴＥモードの実効屈折率とＴＭモードの実効屈折率とが交わる伝搬角度が無くなる。その結果、ＴＥモードに対する不要なＴＭモードのクロストークを抑制できる。しかも、コアの厚さを厚くしたとしても、ＴＥモードに対する不要なＴＭモードのクロストークを抑制できるため、変調効率及び結合効率が改善される。つまり、クロストークを抑制しながら、変調効率及び結合効率を改善できる。
第２の光導波路１６は、Ｘカットの薄膜ＬＮ層３３の結晶軸のＹ軸方向に光が伝搬する方向以外の方向に沿って薄膜ＬＮ層３３に形成された直線導波路又は曲がり導波路である。その結果、第２の光導波路１６のコアは、アモルファス状態にするため、ＴＥモードに対する不要なＴＭモードのクロストークを抑制できる。
尚、説明の便宜上、Ｘカットの薄膜ＬＮ層３３を例示したが、Ｙカットの薄膜ＬＮ層を使用した光変調器５でも良い。光変調器５は、Ｙカットの薄膜ＬＮ層３３と、薄膜ＬＮ層の結晶軸のＺ方向と略直交する方向に沿って薄膜ＬＮ層３３に形成された第１の光導波路１３と、第１の光導波路１３に接続する引き回しの第２の光導波路１６とを有する。第２の光導波路１６は、薄膜ＬＮ層３３の結晶軸のＸ軸方向に光が伝搬する方向以外の方向に沿って薄膜ＬＮ層３３に形成された直線導波路又は曲がり導波路である。そして、往路側の第１の光導波路１３Ａ、復路側の第１の光導波路１３Ｂ、入力部１１及び出力部１７のコアを非アモルファス状態、第２の光導波路１６、分岐部１２及び合波部１５のコアをアモルファス状態にする。アモルファス状態のコアでは、ＴＥモードの実効屈折率とＴＭモードの実効屈折率とが交わる伝搬角度が無くなる。その結果、ＴＥモードに対する不要なＴＭモードのクロストークを抑制できる。しかも、コアの厚さを厚くしたとしても、ＴＥモードに対する不要なＴＭモードのクロストークを抑制できるため、変調効率及び結合効率が改善される。
また、薄膜ＬＮ層３３を例示したが、電気光学結晶の材料はＬＮに限定されるものではなく、異方性の電気光学結晶であれば良い。例えば、ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）、ＰＬＺＴ（ランタンドープジルコン酸チタン酸鉛）やＢａＴｉＯ３（チタン酸バリウム）等のペロブスカイト型酸化物でもよく、適宜変更可能である。尚、ＰＺＴのポッケルス係数は約１１０ｐｍ/Ｖ、ＰＬＺＴのポッケルス係数は約７００ｐｍ/Ｖ、ＢａＴｉＯ３のポッケルス係数は約１８５０ｐｍ/Ｖであるため、本発明に適用する電気光学結晶のポッケルス係数は、１０～２０００ｐｍ/Ｖの範囲内の材料である。
また、第１の光導波路１３及び第２の光導波路１６は、リッジ型導波路を例示したが、リッジ型導波路に限定されるものではなく、例えば、チャネル型導波路にも適用可能である。
第１の光導波路１３と接続する引き回しの光導波路として、第２の光導波路１６、分岐部１２及び合波部１５を例示したが、これに限定されるものではなく、適宜変更可能である。また、電極部１４からの電気信号が印加する第１の光導波路１３以外の第２の光導波路１６のコアは、アモルファス状態にする場合を例示した。しかしながら、例えば、第２の光導波路１６のコアの内、光伝搬方向が第１の光導波路１３と平行になるコアは非アモルファス状態にしても良く、適宜変更可能である。
尚、実施例１の光変調器５は、往路側の２本の第１の光導波路１３Ａに電極部１４からの電気信号を印加する場合を例示した。しかしながら、往路側の２本の第１の光導波路１３Ａに加えて、復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃにも相互作用部を配置しても良く、その実施の形態につき、実施例２として以下に説明する。
図４は、実施例２の光変調器５Ａの構成の一例を示す平面模式図である。尚、実施例２の光変調器５Ａと同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。図４に示す光変調器５Ａは、入力部１１と、分岐部１２と、往路側の２本の第１の光導波路１３Ａと、折り返しの２本の第２の光導波路１６Ｂとを有する。更に、光変調器５Ａは、復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃと、第１の電極部１４１（１４）と、第２の電極部１４２（１４）と、合波部１５Ａと、出力部１７とを有する。
入力部１１は、光ファイバ４Ａから光を入力する。分岐部１２は、入力部１１からの光を分岐する。往路側の２本の第１の光導波路１３Ａは、平行に配置され、分岐部１２にて分岐された各光を変調するＭＺの相互作用部の光導波路である。２本の第２の光導波路１６Ｂは、往路側の２本の第１の光導波路１３Ａと接続する折り返しの光導波路である。復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃは、平行に配置され、２本の第２の光導波路１６Ｂと接続するＭＺの相互作用部の光導波路である。
一方の往路側の第１の光導波路１３Ａは、一方の第２の光導波路１６Ｂと接続し、一方の第２の光導波路１６Ｂは、一方の復路側の第１の光導波路１３Ｃと接続する。他方の往路側の第１の光導波路１３Ａは、他方の第２の光導波路１６Ｂと接続し、他方の第２の光導波路１６Ｂは、他方の復路側の第１の光導波路１３Ｃと接続する。
第１の電極部１４１は、往路側の２本の第１の光導波路１３Ａ間に配置された第１の電極１４１Ａと、復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃの外側に配置された第２の電極１４１Ｂ及び第３の電極１４１Ｃとを有する。第２の電極部１４２は、復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃ間に配置された第４の電極１４２Ａと、往路側の２本の第１の光導波路１３Ａの外側に配置された第５の電極１４２Ｂ及び第６の電極１４２Ｃとを有する。第２の電極部１４２は、第１の電極部１４１の電位に比較して電位を高くする。
一方の往路側の第１の光導波路１３Ａは、第２の電極部１４２の第６の電極１４２Ｃから第１の電極部１４１の第１の電極１４１Ａに－Ｚ方向に電界を印加する。一方の復路側の第１の光導波路１４Ｃは、第２の電極部１４２の第４の電極１４２Ａから第１の電極部１４１の第３の電極１４１Ｃに－Ｚ方向に電界を印加する。その結果、一方の往路側の第１の光導波路１３Ａ及び一方の復路側の第１の光導波路１３Ｃに印加する電界方向が－Ｚ方向と同一であるため、同一方向の位相変化が発生して変調効率が改善されることになる。
他方の往路側の第１の光導波路１３Ａは、第２の電極部１４２の第５の電極１４２Ｂから第１の電極部１４１の第１の電極１４１Ａに＋Ｚ方向に電界を印加する。他方の復路側の第１の光導波路１３Ｃは、第２の電極部１４２の第４の電極１４２Ａから第１の電極部１４１の第２の電極１４１Ｂに＋Ｚ方向に電界を印加する。その結果、他方の往路側の第１の光導波路１３Ａ及び他方の復路側の第１の光導波路１３Ｃに印加する電界方向が＋Ｚ方向と同一であるため、同一方向の位相変化が発生して変調効率が改善されることになる。
合波部１５Ａは、復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃを通過する変調後の光を合波する。出力部１７は、合波部１５Ａにて合波した変調後の光を光ファイバ４Ａに出力する。
往路側の２本の第１の光導波路１３Ａ、復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃ、入力部１１及び出力部１７のコアは非アモルファス状態にする。往路側の第１の光導波路１３Ａ、復路側の第１の光導波路１３Ｃ、入力部１１及び出力部１７のコアは、非アモルファス状態であるため、例えば、Ｘ方向及びＹ方向の屈折率を約２．２１、Ｚ方向の屈折率を約２．１４とする。第２の光導波路１６Ｂ、分岐部１２及び合波部１５Ａのコアはアモルファス状態にする。第２の光導波路１６、分岐部１２及び合波部１５Ａのコアは、アモルファス状態であるため、例えば、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向の屈折率を約２．１７５とする。
アモルファス状態及び非アモルファス状態を形成する工程としては、例えば、非アモルファス状態にするコアをマスクして薄膜ＬＮ層３３の表面からＡｒ＋イオンを注入する。Ａｒ＋イオンを注入することで、薄膜ＬＮ層３３のコアのＬＮ結晶方位を崩して光屈折率の異方性を取り除くアモルファス状態にする。また、マスクしたコアは非アモルファス状態のままである。その結果、アモルファス状態にすることで、信号光のＴＥモードの実効屈折率と不要光のＴＭモードの実効屈折率とが一致する角度がなくなるため、クロストークを抑制できる。
実施例２の光変調器５Ａは、往路側の２本の第１の光導波路１３Ａ、復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃ、入力部１１及び出力部１７のコアを非アモルファス状態、第２の光導波路１６Ｂ、分岐部１２及び合波部１５Ａのコアをアモルファス状態にする。アモルファス状態のコアでは、ＴＥモードの実効屈折率とＴＭモードの実効屈折率とが交わる伝搬角度が無くなる。その結果、ＴＥモードに対する不要なＴＭモードのクロストークを抑制できる。しかも、コアの厚さを厚くしたとしても、ＴＥモードに対する不要なＴＭモードのクロストークを抑制できるため、変調効率及び結合効率が改善される。
光変調器５Ａでは、折り返し前後の往路側の２本の第１の光導波路１３Ａ及び復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃで電界を印加することで、変調効率の改善と小型化を図ることができる。
尚、実施例１の光変調器５は、往路側の第１の光導波路１３Ａに電極部１４を配置して相互作用部とする場合を例示した。しかしながら、往路側の第１の光導波路１３Ａの他に、復路側の第１の光導波路１３Ｃに他の電極部１４を配置して他の相互作用部を備えても良く、その実施の形態につき、実施例３として以下に説明する。
図５は、実施例３の光変調器５Ｂの構成の一例を示す平面模式図である。尚、実施例１の光変調器５と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。図５に示す光変調器５Ｂは、入力部１１と、分岐部１２と、往路側の２本の第１の光導波路１３Ａと、第３の電極部１４３と、第２の光導波路１６Ｂと、復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃと、第４の電極部１４４と、合波部１５Ａと、出力部１７とを有する。
入力部１１は、光ファイバ４Ａからの光を入力する。分岐部１２は、入力部１１からの光を分岐する。往路側の２本の第１の光導波路１３Ａは、平行に配置され、分岐部１２にて分岐された各光を変調するＭＺの相互作用部の第１の光導波路１３である。第３の電極部１４３は、往路側の２本の第１の光導波路１３Ａに第１の電気信号を印加する信号電極１４３Ａと、往路側の２本の第１の光導波路１３Ａから第１の電気信号を接地する接地電極１４３Ｂとを有する。尚、往路側の２本の第１の光導波路１３Ａと第３の電極部１４３とで第１の変調部２０Ａ（２０）を構成する。第１の変調部２０Ａは、第３の電極部１４３から第１の電気信号としてバイアス電圧を往路側の２本の第１の光導波路１３Ａに印加する、例えば、ＤＣ（Direct Current）変調部である。
第２の光導波路１６Ｂは、平行に配置され、往路側の２本の第１の光導波路１３Ａと接続し、往路側の２本の第１の光導波路１３Ａで変調した光が通過する折り返しの光導波路である。
復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃは、平行に配置され、２本の第２の光導波路１６Ｂと接続する第１の光導波路１３である。第４の電極部１４４は、復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃに第２の電気信号を印加する信号電極１４４Ａと、復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃから第２の電気信号を接地する接地電極１１４Ｂとを有する。尚、復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃと第４の電極部１４４とで第２の変調部２０Ｂ（２０）を構成する。第２の変調部２０Ｂは、第４の電極部１４４が第２の電気信号として高周波信号を復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃに印加する、例えば、ＲＦ（Radio Frequency）変調部である。
合波部１５Ａは、復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃと接続し、復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃで変調した光を通過する変調後の各光を合波する。出力部１７は、合波部１５Ａにて合波した変調後の光を光ファイバ２Ａに出力する。
往路側の２本の第１の光導波路１３Ａ、復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃ、入力部１１及び出力部１７のコアは非アモルファス状態にする。往路側の第１の光導波路１３Ａ、復路側の第１の光導波路１３Ｃ、入力部１１及び出力部１７のコアは、非アモルファス状態であるため、例えば、Ｘ方向及びＹ方向の屈折率を約２．２１、Ｚ方向の屈折率を約２．１４とする。第２の光導波路１６Ｂ、分岐部１２及び合波部１５Ａのコアはアモルファス状態にする。第２の光導波路１６、分岐部１２及び合波部１５Ａのコアは、アモルファス状態であるため、例えば、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向の屈折率を約２．１７５とする。
アモルファス状態及び非アモルファス状態を形成する工程としては、例えば、非アモルファス状態にするコアをマスクして薄膜ＬＮ層３３の表面からＡｒ＋イオンを注入する。Ａｒ＋イオンを注入することで、薄膜ＬＮ層３３のコアのＬＮ結晶方位を崩して光屈折率の異方性を取り除くアモルファス状態にする。また、マスクしたコアは非アモルファス状態のままである。その結果、アモルファス状態にすることで、信号光のＴＥモードの実効屈折率と不要光のＴＭモードの実効屈折率とが一致する角度がなくなるため、クロストークを抑制できる。
実施例３の光変調器５Ｂは、往路側の２本の第１の光導波路１３Ａ、復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃ、入力部１１及び出力部１７のコアを非アモルファス状態にし、第２の光導波路１６Ｂ、分岐部１２及び合波部１５Ａのコアはアモルファス状態にする。第２の光導波路１６のコアは、アモルファス状態であるため、ＴＥモードの実効屈折率とＴＭモードの実効屈折率とが交わる伝搬角度が無くなる。その結果、折り返しの前段に第１の変調部２０Ａと、折り返しの後段に第２の変調部２０Ｂを配置した場合でも、ＴＥモードに対する不要なＴＭモードのクロストークを抑制できる。しかも、コアの厚さを厚くしたとしても、ＴＥモードに対する不要なＴＭモードのクロストークを抑制できるため、変調効率及び結合効率が改善される。
尚、説明の便宜上、第１の変調部２０ＡをＤＣ変調部、第２の変調部２０ＢをＲＦ変調部とする場合を例示したが、これに限定されるものではなく、例えば、第２の変調部２０ＢをＤＣ変調部としても良く、適宜変更可能である。
図６は、実施例４の光変調器５Ｃの構成の一例を示す平面模式図である。図６に示す光変調器５Ｃは、ＩＱ変調器である。光変調器５Ｃは、入力部１１と、第１の分岐部１２Ａと、一対の第２の分岐部１２Ｂと、前段の往路側の２本の第１の光導波路１３Ａ１及び１３Ａ２と、第５の電極部１４５と、前段の第２の光導波路１６Ａ１及び１６Ａ２とを有する。光変調器５Ｃは、前段の復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃ１及び１３Ｃ２と、第６の電極部１４６と、一対の第１の合波部１５Ｂと、２本の中段の第２の光導波路１６Ｂ１とを有する。更に、光変調器５Ｃは、後段の往路側の２本の第１の光導波路１３Ｄと、第７の電極部１４７と、後段の第２の光導波路１６Ｃと、後段の復路側の光導波路１３Ｅと、出力部１７とを有する。
入力部１１は、光ファイバ４Ａから光を入力する。第１の分岐部１２Ａは、入力部１１からの光を分岐する。各第２の分岐部１２Ｂは、第１の分岐部１２Ａにて分岐された光を変調する各往路側の２本の第１の光導波路１３Ａ１及び１３Ａ２に出力する。
各前段の往路側の２本の第１の光導波路１３Ａ１及び１３Ａ２は、平行に配置され、第２の分岐部１２Ｂにて分岐された各光を変調するＭＺの相互作用部の光導波路である。第５の電極部１４５は、第１の信号電極１４５Ａ１及び第２の信号電極１４５Ａ２と、第１の接地電極１４５Ｃ１、第２の接地電極１４５Ｃ２及び第３の接地電極１４５Ｃ３とを有する。第１の信号電極１４５Ａ１は、一方の前段の往路側の２本の第１の光導波路１３Ａ１に第１の電気信号を印加する。第１の接地電極１４５Ｂ１は、往路側の２本の第１の光導波路１３Ａ１の内、一方の第１の光導波路１３Ａ１から第１の電気信号を接地する。第２の接地電極１４５Ｂ２は、前段の往路側の２本の第１の光導波路１３Ａ１の内、他方の第１の光導波路１３Ａ１から第１の電気信号を接地する。一方の前段の往路側の第１の光導波路１３Ａ１及び第５の電極部１４５は、第１のＲＦ変調部２０Ａ１である。
第２の信号電極１４５Ａ２は、他方の前段の往路側の２本の第１の光導波路１３Ａ２に第２の電気信号を印加する。第３の接地電極１４５Ｂ３は、他方の前段の往路側の２本の第１の光導波路１３Ａ２の内、他方の前段の往路側の第１の光導波路１３Ａ２から第２の電気信号を接地する。第２の接地電極１４５Ｂ２は、他方の前段の往路側の２本の第１の光導波路１３Ａ２の内、一方の前段の往路側の第１の光導波路１３Ａ２から第２の電気信号を接地する。他方の前段の往路側の第１の光導波路１３Ａ２及び第５の電極部１４５は、第２のＲＦ変調部２０Ａ２である。
前段の第２の光導波路１６Ａは、平行に配置され、一方の前段の２本の第２の光導波路１６Ａ１と、他方の前段の２本の第２の光導波路１６Ａ２とを有する。一方の前段の２本の第２の光導波路１６Ａ１は、一方の往路側の２本の第１の光導波路１３Ａ１と接続し、一方の前段の往路側の２本の第１の光導波路１３Ａ１で変調した光が通過する折り返しの光導波路である。他方の前段の２本の第２の光導波路１６Ａ２は、他方の前段の往路側の２本の第１の光導波路１３Ａ２と接続し、他方の前段の往路側の２本の第１の光導波路１３Ａ２で変調した光が通過する折り返しの光導波路である。
一方の前段の復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃ１は、平行に配置され、一方の前段の２本の第２の光導波路１６Ａ１と接続する第１の光導波路である。他方の前段の復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃ２は、平行に配置され、他方の前段の２本の第２の光導波路１６Ａ２と接続する第１の光導波路である。
第６の電極部１４６は、第１の信号電極１４６Ａ１及び第２の信号電極１４６Ａ２と、第１の接地電極１４６Ｂ１、第２の接地電極１４６Ｂ２及び第３の接地電極１４６Ｂ３とを有する。第６の電極部１４６の第１の信号電極１４６Ａ１は、一方の前段の復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃ１に第３の電気信号を印加する。第６の電極部１４６の第１の接地電極１４６Ｂ１は、一方の前段の復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃ１の内、一方の前段の復路側の第１の光導波路１３Ｃ１から第３の電気信号を接地する。第６の電極部１４６の第２の接地電極１４６Ｂ２は、一方の前段の復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃ１の内、他方の前段の復路側の第１の光導波路１３Ｃ１から第３の電気信号を接地する。一方の前段の復路側の第１の光導波路１３Ｃ１及び第６の電極部１４６は、第１のＤＣ変調部２０Ｂ１（２０）である。
第６の電極部１４６の第２の信号電極１４６Ａ２は、他方の前段の復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃ２に第４の電気信号を印加する。第６の電極部１４６の第３の接地電極１４６Ｂ３は、他方の前段の復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃ２の内、他方の前段の復路側の第１の光導波路１３Ｃ２から第４の電気信号を接地する。第６の電極部１４６の第２の接地電極１４６Ｂ２は、他方の前段の復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃ２の内、一方の前段の復路側の第１の光導波路１３Ｃ２から第４の電気信号を接地する。他方の前段の復路側の第１の光導波路１３Ｃ２及び第６の電極部１４６は、第２のＤＣ変調部２０Ｂ２（２０）である。
一方の第１の合波部１５Ｂ１は、一方の前段の復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃ１と接続し、一方の前段の復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃ１で変調した光を通過する変調後の光を合波する。他方の第１の合波部１５Ｂ２は、他方の前段の復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃ２と接続し、他方の前段の復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃ２で変調した光を通過する変調後の光を合波する。
中段の第２の光導波路１６Ｂは、平行に配置され、一方の中段の第２の光導波路１６Ｂ１と、他方の中段の第２の光導波路１６Ｂ２とを有する。一方の中段の第２の光導波路１６Ｂ１は、一方の第１の合波部１５Ｂ１と接続し、一方の第１の合波部１５Ｂ１からの光が通過する折り返しの光導波路である。他方の中段の第２の光導波路１６Ｂ２は、他方の第１の合波部１５Ｂ２と接続し、他方の第１の合波部１５Ｂ２からの光が通過する折り返しの光導波路である。
後段の往路側の２本の第１の光導波路１３Ｄは、中段の第２の光導波路１６Ｂ１及び１６Ｂ２と接続する第１の光導波路である。第７の電極部１４７は、後段の往路側の２本の第１の光導波路１３Ｄに第５の電気信号を印加する信号電極１４７Ａと、後段の往路側の２本の第１の光導波路１３Ｄから第５の電気信号を接地する一対の接地電極１４７Ｂとを有する。後段の往路側の２本の第１の光導波路１３Ｄ及び第７の電極部１４７は、親ＤＣ変調部２０Ｃである。
第２の合波部１５Ｃは、後段の往路側の２本の第１の光導波路１３Ｄと接続し、後段の往路側の２本の第１の光導波路１３Ｄで変調した光を合波する。後段の第２の光導波路１６Ｃは、第２の合波部１５Ｃと接続し、第２の合波部１５Ｃからの光が通過する折り返しの光導波路である。後段の復路側の１本の第１の光導波路１３Ｅは、後段の第２の光導波路１６Ｃと接続する第１の光導波路である。出力部１７は、後段の復路側の第１の光導波路１３Ｅと接続し、後段の復路側の第１の光導波路１３Ｅからの光を光ファイバ２Ａに出力する。
つまり、光変調器５Ｃは、前段の往路側の第１の光導波路１３Ａ上の第１のＲＦ変調部２０Ａ１及び第２のＲＦ変調部２０Ａ２と、前段の復路側の第１の光導波路１３Ｃ上の第１のＤＣ変調部２０Ｂ１及び第２のＤＣ変調部２０Ｂ２とを有する。更に、光変調器５Ｃは、後段の往路側の第１の光導波路１３Ｄ上の親ＤＣ変調部２０Ｃを有する。その結果、光変調器５ＣはＩＱ変調器を構成することになる。
前段の往路側の２本の第１の光導波路１３Ａ１及び１３Ａ２、前段の復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃ１及び１３Ｃ２、後段の往路側の２本の第１の光導波路１３Ｄ、後段の復路側の第１の光導波路１３Ｅ、入力部１１及び出力部１７のコアは非アモルファス状態にする。前段の往路側の２本の第１の光導波路１３Ａ１及び１３Ａ２、前段の復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃ１及び１３Ｃ２、後段の往路側の２本の第１の光導波路１３Ｄ、後段の復路側の第１の光導波路１３Ｅ、入力部１１及び出力部１７のコアは、非アモルファス状態であるため、例えば、Ｘ方向及びＹ方向の屈折率を約２．２１、Ｚ方向の屈折率を約２．１４とする。
これに対して、前段の第２の光導波路１６Ａ１及び１６Ａ２、中段の第２の光導波路１６Ｂ１及び１６Ｂ２、後段の第２の光導波路１６Ｃ、第１の分岐部１２Ａ、第２の分岐部１２Ｂ、第１の合波部１５Ｂ及び第２の合波部１５Ｃのコアはアモルファス状態にする。前段の第２の光導波路１６Ａ１及び１６Ａ２、中段の第２の光導波路１６Ｂ１及び１６Ｂ２、後段の第２の光導波路１６Ｃ、第１の分岐部１２Ａ、第２の分岐部１２Ｂ、第１の合波部１５Ｂ及び第２の合波部１５Ｃのコアは、アモルファス状態であるため、例えば、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向の屈折率を約２．１７５とする。
アモルファス状態及び非アモルファス状態を形成する工程としては、例えば、非アモルファス状態にするコアをマスクして薄膜ＬＮ層３３の表面からＡｒ＋イオンを注入する。Ａｒ＋イオンを注入することで、薄膜ＬＮ層３３のコアのＬＮ結晶方位を崩して光屈折率の異方性を取り除くアモルファス状態にする。また、マスクしたコアは非アモルファス状態のままである。その結果、アモルファス状態にすることで、信号光のＴＥモードの実効屈折率と不要光のＴＭモードの実効屈折率とが一致する角度がなくなるため、クロストークを抑制できる。
実施例４の光変調器５Ｃは、前段の往路側の２本の第１の光導波路１３Ａ１及び１３Ａ２、前段の復路側の２本の第１の光導波路１３Ｃ１及び１３Ｃ２、後段の往路側の２本の第１の光導波路１３Ｄのコアを非アモルファス状態にする。更に、光変調器５Ｃは、後段の復路側の第１の光導波路１３Ｅ、入力部１１及び出力部１７のコアをアモルファス状態にする。アモルファス状態のコアでは、ＴＥモードの実効屈折率とＴＭモードの実効屈折率とが交わる伝搬角度が無くなる。その結果、ＩＱ変調器を構成した場合でも、ＴＥモードに対する不要なＴＭモードのクロストークを抑制しながら、変調効率及び結合効率の改善を図ることができる。
１ 光通信装置
３ ＤＳＰ
４ 光源
５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ 光変調器
１１ 入力部
１２ 分岐部
１３ 第１の光導波路
１３Ａ 往路側の第１の光導波路
１３Ｂ 復路側の第１の光導波路
１３Ｃ 復路側の第１の光導波路
１４ 電極部
１５ 合波部
１６ 第２の光導波路
１７ 出力部
３３ 薄膜ＬＮ層

Claims (14)

  1. 電気光学結晶層と、
    前記電気光学結晶層に形成された第１の光導波路と、
    前記第１の光導波路に電気信号を印加する電極と、
    前記電気光学結晶層に形成され、かつ、前記第１の光導波路に接続された、アモルファス状態の第２の光導波路と、
    を有することを特徴とする光デバイス。
  2. 前記第２の光導波路は、
    前記電気光学結晶層がＸカットの薄膜ＬＮ層の場合に、前記薄膜ＬＮ層の結晶軸のＹ軸方向に光が伝搬する光導波路以外の光導波路であることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
  3. 前記第２の光導波路は、
    前記電気光学結晶層がＹカットの薄膜ＬＮ層の場合に、前記薄膜ＬＮ層の結晶軸のＸ軸方向に光が伝搬する光導波路以外の光導波路であることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
  4. 前記電気光学結晶のポッケル係数が１０～２０００ｐｍ／Ｖの範囲内であることを特徴とする請求項１～３の何れか一つに記載の光デバイス。
  5. 前記第２の光導波路の少なくともコアの一部は、
    前記アモルファス状態であると共に、
    前記第１の光導波路のコアは、
    非アモルファス状態である
    ことを特徴とする請求項１～４の何れか一つに記載の光デバイス。
  6. 光を入力する入力部と、
    前記入力部からの光を分岐する分岐部と、
    前記分岐部にて分岐された、前記第１の光導波路である往路側の２本の第１の光導波路と、
    前記往路側の２本の第１の光導波路に電気信号を印加する電極と、
    前記往路側の２本の第１の光導波路と接続し、前記電気信号に応じて前記往路側の２本の第１の光導波路で変調した光を合波する合波部と、
    前記合波部と接続し、前記合波部にて合波した変調後の光が通過する前記第２の光導波路と、
    前記第２の光導波路と接続する、前記第１の光導波路である復路側の２本の第１の光導波路と、
    前記復路側の２本の第１の光導波路を通過する変調後の光を出力する出力部と、を有し、
    前記第２の光導波路の少なくともコアの一部は、
    前記アモルファス状態であると共に、
    前記往路側の２本の第１の光導波路のコアは、
    非アモルファス状態である
    ことを特徴とする請求項１～４の何れか一つに記載の光デバイス。
  7. 前記第２の光導波路、前記分岐部及び前記合波部のコアは、
    前記アモルファス状態であると共に、
    前記往路側の２本の第１の光導波路、前記復路側の２本の第１の光導波路、前記入力部及び前記出力部のコアは、
    前記非アモルファス状態である
    ことを特徴とする請求項６に記載の光デバイス。
  8. 光を入力する入力部と、
    前記入力部からの光を分岐する分岐部と、
    前記分岐部にて分岐された、前記第１の光導波路である往路側の２本の第１の光導波路と、
    前記往路側の２本の第１の光導波路と接続する前記第２の光導波路と、
    前記第２の光導波路と接続する、前記第１の光導波路である復路側の２本の第１の光導波路と、
    前記往路側の２本の第１の光導波路及び前記復路側の２本の第１の光導波路に印加する電極と、
    前記復路側の２本の第１の光導波路を通過する変調後の光を合波する合波部と、
    前記合波部にて合波した変調後の光を出力する出力部と、を有し、
    前記第２の光導波路の少なくともコアの一部は、
    前記アモルファス状態であると共に、
    前記往路側の２本の第１の光導波路は、
    前記非アモルファス状態である
    ことを特徴とする請求項１～４の何れか一つに記載の光デバイス。
  9. 前記第２の光導波路、前記分岐部及び前記合波部のコアは、
    前記アモルファス状態であると共に、
    前記往路側の２本の第１の光導波路、前記復路側の２本の第１の光導波路、前記入力部及び前記出力部のコアは、
    前記非アモルファス状態である
    ことを特徴とする請求項８に記載の光デバイス。
  10. 光を入力する入力部と、
    前記入力部からの光を分岐する分岐部と、
    前記分岐部にて分岐された、前記第１の光導波路である往路側の２本の第１の光導波路と、
    前記往路側の２本の第１の光導波路に第１の電気信号を印加する第１の電極と、
    前記往路側の２本の第１の光導波路と接続し、前記第１の電気信号に応じて前記往路側の２本の第１の光導波路で変調した光が通過する前記第２の光導波路と、
    前記第２の光導波路と接続する、前記第１の光導波路である復路側の２本の第１の光導波路と、
    前記復路側の２本の第１の光導波路に第２の電気信号を印加する第２の電極と、
    前記復路側の２本の第１の光導波路と接続し、前記第２の電気信号に応じて前記復路側の２本の第１の光導波路で変調した光を通過する変調後の光を合波する合波部と、
    前記合波部にて合波した変調後の光を出力する出力部と、を有し、
    前記第２の光導波路の少なくともコアの一部は、
    前記アモルファス状態であると共に、
    前記往路側の２本の第１の光導波路及び前記復路側の２本の第１の光導波路は、
    非アモルファス状態である
    ことを特徴とする請求項１～４の何れか一つに記載の光デバイス。
  11. 前記第２の光導波路、前記分岐部及び前記合波部のコアは、
    前記アモルファス状態であると共に、
    前記往路側の２本の第１の光導波路、前記復路側の２本の第１の光導波路、前記入力部及び前記出力部のコアは、
    前記非アモルファス状態である
    ことを特徴とする請求項１０に記載の光デバイス。
  12. 光を入力する入力部と、
    前記入力部からの光を分岐する第１の分岐部と、
    前記第１の分岐部にて分岐された光を分岐する第２の分岐部と、
    前記第２の分岐部にて分岐された、前記第１の光導波路である前段の往路側の２本の第１の光導波路と、
    前記前段の往路側の２本の第１の光導波路に第１の電気信号を印加する第１の電極と、
    前記前段の往路側の２本の第１の光導波路と接続し、前記第１の電気信号に応じて前記前段の往路側の２本の第１の光導波路で変調した光が通過する、前記第２の光導波路である前段の第２の光導波路と、
    前記前段の第２の光導波路と接続する、前記第１の光導波路である前段の復路側の２本の第１の光導波路と、
    前記前段の復路側の２本の第１の光導波路に第２の電気信号を印加する第２の電極と、
    前記前段の復路側の２本の第１の光導波路と接続し、前記第２の電気信号に応じて前記前段の復路側の２本の第１の光導波路で変調した光を通過する変調後の光を合波する第１の合波部と、
    前記第１の合波部と接続し、前記第１の合波部からの光が通過する、前記第２の光導波路である中段の第２の光導波路と、
    前記中段の第２の光導波路と接続する、前記第１の光導波路である後段の往路側の２本の第１の光導波路と、
    前記後段の往路側の２本の第１の光導波路に第３の電気信号を印加する第３の電極と、
    前記後段の往路側の２本の第１の光導波路と接続し、前記第３の電気信号に応じて前記後段の往路側の２本の第１の光導波路で変調した光を通過する変調後の光を合波する第２の合波部と、
    前記第２の合波部と接続し、前記第２の合波部からの光が通過する、前記第２の光導波路である後段の第２の光導波路と、
    前記後段の第２の光導波路と接続する、前記第１の光導波路である後段の復路側の第１の光導波路と、
    前記後段の復路側の第１の光導波路と接続し、前記後段の復路側の第１の光導波路からの光を出力する出力部と、を有し、
    前記前段の第２の光導波路、前記中段の第２の光導波路及び前記後段の第２の光導波路の少なくともコアの一部は、
    前記アモルファス状態であると共に、
    前記前段の往路側の２本の第１の光導波路、前記前段の復路側の２本の第１の光導波路及び前記後段の往路側の２本の第１の光導波路は、
    非アモルファス状態である
    ことを特徴とする請求項１～４の何れか一つに記載の光デバイス。
  13. 前記前段の第２の光導波路、前記中段の第２の光導波路、前記後段の第２の光導波路、前記第１の分岐部、前記第２の分岐部、前記第１の合波部及び前記第２の合波部のコアは、
    前記アモルファス状態であると共に、
    前記前段の往路側の２本の第１の光導波路、前記前段の復路側の２本の第１の光導波路、前記後段の往路側の２本の第１の光導波路、前記後段の復路側の第１の光導波路、前記入力部及び前記出力部のコアは、
    前記非アモルファス状態である
    ことを特徴とする請求項１２に記載の光デバイス。
  14. 電気信号に対する信号処理を実行するプロセッサと、
    光を発生させる光源と、
    前記プロセッサから出力される電気信号を用いて、前記光源から発生する光を変調する光デバイスと、を有し、
    前記光デバイスは、
    電気光学結晶層と、
    前記電気光学結晶層に形成された第１の光導波路と、
    前記第１の光導波路に電気信号を印加する電極と、
    前記電気光学結晶層に形成され、かつ、前記第１の光導波路に接続された、アモルファス状態の第２の光導波路と、
    を有することを特徴とする光通信装置。
JP2021182515A 2021-11-09 2021-11-09 光デバイス及び光通信装置 Pending JP2023070381A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021182515A JP2023070381A (ja) 2021-11-09 2021-11-09 光デバイス及び光通信装置
US17/946,669 US11936428B2 (en) 2021-11-09 2022-09-16 Optical device and optical communication apparatus
CN202211198483.1A CN116107104A (zh) 2021-11-09 2022-09-29 光学器件和光学通信装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021182515A JP2023070381A (ja) 2021-11-09 2021-11-09 光デバイス及び光通信装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023070381A true JP2023070381A (ja) 2023-05-19

Family

ID=86230161

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021182515A Pending JP2023070381A (ja) 2021-11-09 2021-11-09 光デバイス及び光通信装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11936428B2 (ja)
JP (1) JP2023070381A (ja)
CN (1) CN116107104A (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021103294A1 (zh) * 2019-11-29 2021-06-03 苏州极刻光核科技有限公司 分布式光强调制器

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008026374A (ja) * 2006-07-18 2008-02-07 Fujitsu Ltd 光導波路、光デバイスおよび光導波路の製造方法
US7970241B2 (en) 2007-09-10 2011-06-28 Photonic Systems, Inc. High efficient silicon-on-lithium niobate modulator
JP5320840B2 (ja) * 2008-06-17 2013-10-23 富士通株式会社 光デバイス及びその製造方法
JP2017156454A (ja) 2016-02-29 2017-09-07 国立研究開発法人産業技術総合研究所 光変調器とその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US11936428B2 (en) 2024-03-19
US20230141163A1 (en) 2023-05-11
CN116107104A (zh) 2023-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4241622B2 (ja) 光変調器
US7212326B2 (en) Optical external modulator
US7088875B2 (en) Optical modulator
US6961166B2 (en) Optical digital external modulator
US9081216B2 (en) Optical device having optical modulators
JP5055947B2 (ja) 光変調器および送信装置
US7826689B2 (en) Optical device which outputs independently modulated light beams in respective TE and TM polarization modes
US7394950B2 (en) Optical modulator
EP1901109A1 (en) Optical modulator
JP2020020953A (ja) 光変調器、光変調器モジュール、及び光送信モジュール
WO2007020924A1 (ja) 光変調器
JP2009064048A (ja) 光変調器
WO2006088093A1 (ja) 光変調器
JP2023070381A (ja) 光デバイス及び光通信装置
JPH1172760A (ja) 光導波路モジュール
US11320595B2 (en) Optical device that includes optical modulator, and optical transceiver
JP2023008095A (ja) 光デバイス及び光通信装置
KR20060075645A (ko) 대칭 구조를 갖는 저전압형 광변조기
JP4926423B2 (ja) 光変調器
JP2011102891A (ja) 光機能導波路
JP2007248944A (ja) 光変調器
US20220390775A1 (en) Optical device and optical communication apparatus
JP4112521B2 (ja) 光変調器
US20240184181A1 (en) Optical waveguide element, optical modulator, optical modulation module, and optical transmission device
JP2008139554A (ja) 光変調器