JP3665871B2 - 光部品 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば光通信や自動車などの光配線部品、あるいは、産業用機器の光信号処理、光制御、光計測などに適用される、たとえば光スイッチや光変調器などの光部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信技術や光信号処理技術の進展により、光ファイバを介した自動車の光配線や、光信号を用いて各種の産業用機器を制御するための光計測、光信号処理などが実用化されつつある。
そのような光情報伝送、光信号処理に用いる導波路型の光変調器としては、マッハツェンダ型干渉計で構成されたものが用いられている。
【０００３】
そのこれまで用いられているマッハェンダ型光変調器を図５に示す。
図５に示すように、このマッハツェンダ型光変調器９０は、対向する２つのＹ分岐型導波路９１-1，９１-2とこれを結ぶ２本の直線導波路９２-1，９２-2とで構成される。そして、２本の導波路９２-1，９２-2の両脇に電極９３が設けられている。
この電極９３を介して変調信号に基づいた電界を導波路９２-1，９２-2に印加することにより、電気光学効果によりその導波路を伝搬する光の位相が変化し、出力される干渉光の強度がこの位相変化に応じて変化し、光が変調される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このマッハツェンダ型光変調器には、まず、寸法上の制約があり、小型化するのが難しいという問題がある。
図６を参照して具体的に説明すると、光変調器においては伝搬光はシングルモードでなければならないため、変調器を構成するＹ分岐型導波路９１は、その分岐角度、分岐光路長に設計上の制約を受ける。
たとえば、ニオブ酸リチウムを使用したＹ分岐型導波路の場合、シングルモードを維持しながら分岐するための分岐角は約１°と非常に小さいため、入力導波路と出力導波路はほとんど直線状に接続しなければならない。
【０００５】
また、導波路のコアとクラッドの屈折率の差を小さくしてシングルモード導波路としているため、その１°の勾配を入力導波路に平行な導波路として、矩形基板の端面に直交して引き出すためには、光の導波路外へ漏洩を防ぐために、導波路の曲率Ｒを５０ｍｍ以上にする必要があり、この曲率部ａを５〜１０ｍｍ必要とする。
さらに、導波路の接続部では導波路幅が１入力導波路側から見て２倍になり、単純に接続すると、光の反射や伝送モードの変換により伝送損失が増大する。そのため、接続部をテーパーにしてゆるやかに伝送モードを変換するための余分な長さｂが数ｍｍ必要になる。
【０００６】
さらに、２分岐導波路側から入力直線導波路へ信号を送るためには、接続点での伝送モードの乱れを緩和するため、一定以上の直線導波路ｃ（たとえば、３ｍｍ以上）が必要になる。
これらを合計すると、従来のＹ分岐部は全長が約１５ｍｍ以上になる。
前述したマッハツェンダ型光変調器９０では、このようなＹ分岐型導波路を２組対向させ、さらにその間に電界印加用の直線導波路を設けなければならない。そのため、変調器全体では、４０〜５０ｍｍ以上の長さになる。
また、このような長さを有する変調器では、その後の加工、部品の変形を配慮すると、基板の幅を６ｍｍ以上とする必要があり、非常に大きな部品となる。
【０００７】
このように、マッハツェンダ型光変調器においては、小型化が難しくサイズが大きいため、通常の半導体素子と比較して１枚の基板から採れる素子数が少ない。たとえば、一般に光部品製作に用いる３インチの基板から、ここに示したマッハツェンダ型光変調器９０が採れる量は１０個以下である。これは、同様な工程をとる多くの半導体素子が１ｍｍ角以下であることを比較して考えると非常に少ない。その結果、従来のマッハツェンダ型光変調器は、生産性が低く、コストを低減することができないという問題が生じる。
【０００８】
また、このマッハツェンダ型光変調器には、構造が複雑であり製造が難しいという問題もある。
このマッハツェンダ型光変調器９０のＹ分岐部の接続部の形状は、分岐特性、損失に影響するため、非常に精密に製造しなければならない。特に、分岐中央錐状部は０．１μｍ程度の加工精度が必要になる。
その結果、非常に高精度な加工も必要となり、一層のコスト増大を招くという問題が生じる。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、より小型で、もって生産性が高くコストを低減することができ、また製作の容易な、たとえば光スイッチや光変調器などの光部品を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の光部品は、基材と、前記基材上に形成され、一方の端部を光入射部とする第１の光導波路と、前記基材上に前記第１の光導波路と所定の角度で交差するように形成され、一方の端部を光出射部とする第２の光導波路と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路の交差部に設けられ、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路を各方向から導波される光について、一部を透過させて当該第１の光導波路および当該第２の光導波路をそのまま導波させ、一部を反射して前記第２の光導波路および前記第１の光導波路に入射させる部分反射光学部材と、前記基材上に、一方の端部が前記第１の光導波路の他方の端部と結合し、当該第１の光導波路と所定の角度をなすように形成された第３の光導波路と、前記第１の光導波路と前記第３の光導波路の結合部に設けられ、一方の光導波路を導波される光を他方の光導波路に入射させる第１の全反射光学部材と、前記第２の光導波路を他方の端部方向に導波される光、および、前記第３の光導波路を他方の端部方向に導波される光を、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路を介して前記部分反射光学部材に入射されるように誘導する光学手段と、前記第２の光導波路の前記部分反射光学部材と他方の端部との間、および、前記第３の光導波路に対して設けられ、当該光導波路を導波される光の位相を変化させる位相制御手段とを有し、また特定的には、前記部分反射光学部材は、前記第１の光導波路を前記光入射部方向から導波される光の一部を反射して前記第２の光導波路の前記光出射部方向に入射させ一部を透過して当該第１の導波路と前記第３の光導波路の結合部方向に入射させ、前記第１の導波路を前記第１の全反射光学部材方向から導波される光の一部を反射して前記第２の光導波路の前記第２の全反射光学部材方向に入射させ、前記第２の導波路を前記第２の全反射光学部材方向から導波される光の一部を透過して前記第２の光導波路の前記光出射部方向に入射させるように形成されている。
【００１１】
特定的には、前記光学手段は、前記第２の光導波路の他方の端部に設けられ，当該第２の光導波路を導波される光を反射し再び当該第２の光導波路に入射する第２の全反射光学部材と、前記第３の光導波路の他方の端部に設けられ、当該第３の光導波路を導波される光を反射し再び当該第３の光導波路に入射する第３の全反射光学部材とを有する。
また特定的には、前記光学手段は、前記基材上に、一方の端部が前記第３の光導波路の他方の端部と結合され、他方の端部が前記第２の光導波路の他方の端部と結合され、当該第３の光導波路および当該第２の光導波路と各々所定の角度をなすように形成された第４の光導波路と、前記第３の光導波路と前記第４の光導波路の結合部に設けられ、一方の光導波路を導波される光を他方の光導波路に入射させる第２の全反射光学部材と、前記第４の光導波路と前記第２の光導波路の結合部に設けられ、一方の光導波路を導波される光を他方の光導波路に入射させる第３の全反射光学部材とを有する。
【００１３】
特定的には、前記第２の光導波路の前記部分反射光学部材と他方の端部との間、および、前記第３の光導波路は、電気光学材料により形成され、前記位相制御手段は、当該第２の光導波路の前記部分反射光学部材と他方の端部との間および第３の光導波路に、所望の電界を印加する電界印加手段である。
また特定的には、前記位相制御手段は、当該第２の光導波路の前記部分反射光学部材と他方の端部との間および第３の光導波路の温度を制御する温度制御手段である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
第１の実施の形態
本発明の第１の実施の形態について、図１を参照して説明する。
図１は、第１の実施の形態の光変調器の構造を示す上面図である。
【００１５】
まず、光変調器１０の構造について説明する。
図示のごとく、光変調器１０は、基板１１上に、電気光学材料からなり直線状の３本の光導波路、第１の光導波路１２、第２の光導波路１３および第３の光導波路１４が形成された構成である。
【００１６】
第１の光導波路１２および第２の光導波路１３は、９０°で交差されて配置されており、その交差部により、各々２つの部分１２ａ，１２ｂおよび１３ａ，１３ｂに分割されている。
また、第１の光導波路１２の第１の部分１２ａの一方の端部は光入射口２２として、第２の光導波路１３の第１の部分１３ａの一方の端部は光出射口２３として形成されている。
【００１７】
この、第１の光導波路１２と第２の光導波路１３との交差部分には、伝搬された光の一部を反射し一部を透過する部分透過・部分反射膜１６が、各導波路と４５°になるように配置されている。
この部分透過・部分反射膜１６により、たとえば、第１の光導波路１２の第１の部分１２ａを伝搬された光は、一部が第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂに入射され、一部が第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂに透過される。また、第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂを伝搬されて部分透過・部分反射膜１６に入射された光の一部、および、第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂを伝搬されて部分透過・部分反射膜１６に入射された光の一部は、各々反射および透過されて第２の光導波路１３の第１の部分１３ａに入射される。
【００１８】
第３の光導波路１４は、第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂの端部において第１の光導波路１２と直角に連結し、第２の光導波路１３と平行になるように配置されている。また、この第１の光導波路１２と第３の光導波路１４との連結部分には、全反射膜１７が各導波路と４５°になるように配置されている。
この全反射膜１７により、第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂを伝搬された光は全反射されて第３の光導波路１４に入射され、また逆に、第３の光導波路１４を伝搬されてきた光は全反射されて第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂに入射される。
【００１９】
第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂの部分透過・部分反射膜１６とは異なる方の端面、および、第３の光導波路１４の第１の光導波路１２との連結部とは異なる方の端面には、伝搬光を再び導波路内へ反射する全反射膜１８が設けられている。
【００２０】
また、第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂおよび第３の光導波路１４には、それら各光導波路に所望の電界を加えるための電極２０が設けられている。
この電極２０に、任意の変調信号に基づいた電圧を印加することにより、第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂおよび第３の光導波路１４を各々往復する各伝搬光の位相を、電気光学効果により変化させることができる。その結果、部分透過・部分反射膜１６を介して第２の光導波路１３の第１の部分１３ａを通過して出射される、各伝搬光の干渉光の強度を電気的に制御することができ、このような構造の素子を光変調器として動作させることができる。なお、光変調器１０に高速動作を行わせるために電極２０に高周波電界を印加する必要がある時には、電極構成を進行波電極とする。
【００２１】
次に、このような構造の光変調器１０により光変調を行う動作について説明する。
第１の光導波路１２の光入射口２２より入射された光は、第１の光導波路１２の第１の部分１２ａを導波されて部分透過・部分反射膜１６に入射される。
部分透過・部分反射膜１６においては、その導波された光の一部を透過させて第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂに入射させるとともに、その一部を反射して第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂに入射させることにより、入力光を所望の分岐比で分岐する。
【００２２】
第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂに入射された光は、全反射膜１７により全反射されて第３の光導波路１４に入射され、第３の光導波路１４内を導波される。そして、第３の光導波路１４の端部に設けられた全反射膜１８により全反射され、再び第３の光導波路１４内を導波され、全反射膜１７により反射されて第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂに入射される。
この時に、第３の光導波路１４に対しては電極２０により所望の電界が印加されるので、電気光学効果により伝搬する光の位相が変化される。
【００２３】
一方、第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂに入射された光は、第２の光導波路１３内を導波され、第２の光導波路１３の端部に設けられた全反射膜１８により全反射され、再び第２の光導波路１３内を導波される。
この時にも、第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂに対しては電極２０により所望の電界が印加されるので、電気光学効果により伝搬する光の位相が変化される。
【００２４】
そして、これら第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂおよび第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂを戻ってきた各々位相が変化された光は、部分透過・部分反射膜１６により各々反射および透過され、互いに干渉しあいながら第２の光導波路１３の第１の部分１３ａを伝搬され、光出射口２３より出力光として出射される。
このように、光変調器１０においては、電極２０に印加した電界により、第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂおよび第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂを導波される光の位相が変化され、第２の光導波路１３の第１の部分１３ａを伝搬される干渉光の強度が変化される。したがって、電極２０に所望の変調信号からなる電界を印加することにより、光を所望の状態に変調することが可能となる。
【００２５】
このように、第１の実施の形態の光変調器１０においては、従来の光変調器における分岐導波路の複雑なテーパ形状の光導波路部分、大半径の曲線導波路部分などを必要としないため、形状が従来の部品に比べて大幅に小型になる。
具体的には、基板の長さは、部分透過・部分反射膜１６を用いた分岐部が１〜２ｍｍ程度で十分であることから位相制御用の電極２０の長さが大半を占め、基板全長は２０ｍｍ以下となる。
【００２６】
また、本実施の形態の光変調器１０においては、電界印加光路を２本有するので、たとえば同様の構成で電界印加光路を１本のものに比べて、変調器の長さ、や駆動電圧を１／２にすることができる。
また、分岐部を構成する２本の導波路は比較的大きな交差角（本実施の形態の光変調器１０においては９０°）を有するので、分岐部を容易に製造することができる。また、損失、分岐比といった、部品の特性は、部分透過・部分反射膜に依存するので、特性の管理も容易になる。
そしてこれらの結果、光変調器の大幅な低コスト化、量産化が可能となる。
【００２７】
次に、この光変調器１０の製造方法について、具体例を挙げて説明する。
ここでは、光導波路として、Ｓｉ基板上に形成した非線形有機導波路を用いる場合について説明する。
まず、下部電極層を形成したＳｉウェハ上に、クラッド層としてコア層より屈折率の低いポリマー、および、コア層の非線形有機ポリマーを、スピンコートなどにより塗布する。それぞれの膜厚は、最終的な導波路幅と膜厚の関係から、シングルモード導波路となるように制御する。本実施の形態においては、コア層２μｍ、クラッド層３μｍである。
この上に、４〜５μｍ幅のレジストパターニングをフォトリソグラィーにより形成し、これを酸素ガス中でＲＩＥ処理してコア層のみをエッチングし、レジスト形状幅とコア層薄膜の矩形形状の光導波路を形成する。
そして、その表面に再びクラッド層をスピンコートなどにより形成する。
【００２８】
次に、第１の光導波路１２と第２の光導波路１３の交差部、および、第１の光導波路１２と第２の光導波路１３の連結部に対し、前述したのと同様の手順でＲＩＥ処理を行い、基板に垂直で深さ１０μｍ以上、幅約２０μｍ以下、両導波路となす角度が４５°の溝を形成する。
そして、第１の光導波路１２と第２の光導波路１３の交差部に設けた溝については、各光導波路に対し所望の光分岐比を得るような部分透過・部分反射膜１６を形成する。部分透過・部分反射膜１６は、膜が溝の一方の側壁に形成されるように、変調器基板を傾斜させて膜材料を蒸着またはスパッタリングし、コア層と同等の屈折率を有する屈折率調節剤を充填することにより形成する。
また、第１の光導波路１２と第３の光導波路１４の連結部の溝と、第２の光導波路１３および第３の光導波路１４の端面には、全反射ミラーを形成する。この際、第１の光導波路１２と第３の光導波路１４の連結部の全反射膜１７については、前述した部分透過・部分反射膜１６と同様の手法により、溝側壁に金属膜など形成することにより設ける。
【００２９】
最後に、第２の光導波路１３と第３の光導波路１４のクラッド層上に、下部電極層とでコア層を挟むように、上部電極層を形成する。
そして、ダイシングソーを用いて、導波路に直角で交差点を含む矩形状の部分を変調器基板として切り出すことにより、光変調器１０が得られる。
【００３０】
第２の実施の形態
本発明の第２の実施の形態について、図２を参照して説明する。
図２は、第２の実施の形態の光変調器の構造を示す上面図である。
第２の実施の形態の光変調器１０ｂは、基本的な構成は第１の実施の形態の光変調器１０と同じであるが、部分透過・部分反射膜の向き、および、電極の構成が第１の実施の形態の光変調器１０とは異なるものである。
【００３１】
すなわち、図示のごとく、部分透過・部分反射膜１６ｂは、光変調器１０と同様に、第１の光導波路１２および第２の光導波路１３の交差部に各光導波路と４５°の角度をなすように設けられているが、第１の光導波路１２の第１の部分１２ａと第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂのなす角、および、第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂと第２の光導波路１３の第１の部分１３ａのなす角を各々２分割するような角度で設けられており、第１の実施の形態の光変調器１０の部分透過・部分反射膜１６とは９０°回転した向きに設けられている。
【００３２】
このように部分透過・部分反射膜１６ｂを配置することにより、光入射口２２より入射され、第１の光導波路１２の第１の部分１２ａを伝搬された光は、その一部は透過されて第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂに入射されるが、残りは反射されて光出射口２３が設けられている第２の光導波路１３の第１の部分１３ａに直接入射される。
【００３３】
そして、第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂに入射された光は、全反射膜１７で全反射されて第３の光導波路１４に入射され、第３の光導波路１４中を導波されて全反射膜１８まで到達され、全反射膜１８で全反射され再び第３の光導波路１４を導波され、全反射膜１７で全反射され、第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂに入射される。
第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂに入射された光は、部分透過・部分反射膜１６ｂでその一部が反射されて第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂに入射される。
【００３４】
そして、第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂに入射された光は、第２の光導波路１３中を導波されて全反射膜１８まで到達され、全反射膜１８で全反射され再び第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂを導波され、部分透過・部分反射膜１６ｂに入射される。
そして、この光の一部が部分透過・部分反射膜１６ｂを透過して第２の光導波路１３の第１の部分１３ａに入射され、最初に部分透過・部分反射膜１６ｂにより反射されて第２の光導波路１３の第１の部分１３ａに入射された光との間で干渉光が形成され、第２の光導波路１３の第１の部分１３ａの端部の光出射口２３より出射される。
【００３５】
このような構成においては、第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂおよび第３の光導波路１４で位相が変化される光は、最終的に干渉に供される２経路の光のうちの一方の同じ光である。したがって、電極２１は、第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂおよび第３の光導波路１４に対して、同方向の電界を印加すればよい。
【００３６】
このような構成の光変調器１０ｂも、第１の実施の形態の光変調器１０と同様に、従来に比べて大幅に小型で、駆動電圧が少なく、製造が容易で、特性の管理も容易なものとなり、光変調器の大幅な低コスト化、量産化が可能となる。
また、第１の実施の形態の光変調器１０と比較すると、一方の光に対してのみ２倍の長さの電界を印加して位相を変化させている。したがって、変調条件などによっては、このような構成の光変調器１０ｂを用いる方が、駆動電力、位相調整の精度などの点で有効な場合もある。
なお、この光変調器１０ｂも、第１の実施の形態で説明したのと全く同じ方法により製造することができる。
本発明は、このような形態で実施してもよい。
【００３７】
第３の実施の形態
本発明の第３の実施の形態について、図３を参照して説明する。
図３は、第３の実施の形態の光変調器の構造を示す上面図である。
第３の実施の形態の光変調器１０ｃは、第２の実施の形態の光変調器１０ｂと同様に、入射された光を、部分透過・部分反射膜１６ｂにより光出射口２３の方に直ちに反射する光と、第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂおよび第３の光導波路１４内に伝搬させて位相を変化させる光とに分岐させる構成であるが、その位相を変化させる光の伝搬経路が、第２の実施の形態の光変調器１０ｂとは異なるものである。
【００３８】
すなわち、光変調器１０ｃにおいては、図示のごとく、第２の光導波路１３および第３の光導波路１４の、光変調器１０ｂにおいて全反射膜１８に接していた方の端部に、第２の光導波路１３および第３の光導波路１４と各々直角に結合する第４の光導波路１５を設け、さらに、この第３の光導波路１４と第４の光導波路１５の結合部、および、第４の光導波路１５と第２の光導波路１３の結合部に、第２の全反射膜２４および第３の全反射膜２５が設けられている。
【００３９】
このような構成の光変調器１０ｃにおいては、光入射口２２より入射され、第１の光導波路１２の第１の部分１２ａを伝搬された光は、その一部は透過されて第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂに入射され、残りは反射されて光出射口２３が設けられている第２の光導波路１３の第１の部分１３ａに入射される。
第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂに入射された光は、全反射膜１７で全反射されて第３の光導波路１４に入射され、第３の光導波路１４中を導波された後第２の全反射膜２４で全反射されて第４の光導波路１５に入射され、さらに第４の光導波路１５中を導波された後第３の全反射膜２５においてさらに反射されて第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂに入射される。
【００４０】
第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂに入射された光は、第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂ中を導波され、部分透過・部分反射膜１６ｂに入射される。
そして、この光の一部が部分透過・部分反射膜１６ｂを透過して第２の光導波路１３の第１の部分１３ａに入射され、最初に部分透過・部分反射膜１６ｂにより反射されて第２の光導波路１３の第１の部分１３ａに入射された光との間で干渉光が形成され、第２の光導波路１３の第１の部分１３ａの端部の光出射口２３より出射される。
【００４１】
このような構成の光変調器１０ｃも、第１の実施の形態および第２の実施の形態の光変調器１０，１０ｂと同様に、従来に比べて大幅に小型で、駆動電圧が少なく、製造が容易で、特性の管理も容易なものとなり、光変調器の大幅な低コスト化、量産化が可能となる。
また、第２の実施の形態の光変調器１０ｂと同様に、最終的に干渉に供される２経路の光のうちの一方の光のみ位相を変化させているので、第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂおよび第３の光導波路１４に対しては、電界２１により同方向の電界を印加すればよい。
なお、この光変調器１０ｃも、第１の実施の形態で説明したのと全く同じ方法により製造することができる。
本発明は、このような形態で実施してもよい。
【００４２】
変形例
なお、本発明は、前述した第１〜第３の実施の形態に限られるものではなく、さらに任意好適な種々の改変が可能である。
たとえば、前述した実施の形態はいずれも光変調器を例示して本発明を説明したが、本発明は光変調器にのみ適用されるものではなく、たとえば、光スイッチなどの任意の光部品に適用可能である。
【００４３】
また、本実施の形態においては、光導波路を電気光学材料で構成し、この光導波路に電界を印加することにより、電気光学効果により伝搬光の位相を変化させ、これにより干渉光の強度を制御していた。しかしながら、本発明は電気光学効果による位相の制御に限定されるものではない。光導波路を伝搬される光の位相を変化させる方法であれば任意の方法を用いてよい。
たとえば、熱光学効果により伝搬光の位相を変化させるようにしてもよい。その場合には、第１の実施の形態〜第３の実施の形態の電極を、ヒータに置換し、これにより光導波路の温度を制御し、伝搬される光の位相を制御するようにすればよい。
【００４４】
また、前述した実施の形態においては、光変調器の製造例として、シリコン基板上に非線形有機導波路を形成する方法を示したが、光変調器の製造方法、材料などはこれに限られるものではない。たとえば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）基板上に、Ｔｉ熱拡散法によりシングルモード直線導波路を形成するようにしてもよい。
その他、導波路の材料も任意に変更してよい。
【００４５】
また、部分透過・部分反射膜１６や全反射膜、全反射ミラーなどの形成方法も、任意に改変してよい。
たとえば、部分透過・部分反射膜１６は、前述した実施の形態においては、基板に形成された溝の側面に、膜材料を蒸着またはスパッタリングにより形成することにより形成したが、たとえば、膜を形成した基板を溝に挿入し固定することにより形成してもよい。
その際には、たとえば、導波光に対して透明な有機フィルムに半透過反射のたとえば多層干渉膜や金属膜などの光学薄膜を形成したり、導波光に対して透明な無機材料からなる薄板に同様の光学薄膜を形成した基板を用いるのが好適である。また、たとえば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）基板を用いた光変調器であれば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）結晶の薄片に部分反射・部分透過膜を形成したものを用いるのが好適である。
その他、部分反射・部分透過膜として、通常、空間光光学系においてハーフミラーとして用いられている種々の部材を用いてもよい。
【００４６】
また、第１の光導波路１２と第３の光導波路１４の連結部の全反射膜１７は、溝部分に何も形成せず、空気層との界面における全反射を利用することにより形成してもよい。
また、溝ではなく、図４に示すように、同様の角度で基板ごと切断した端面を形成し、そこに金属膜を形成したり、あるいはそのままの界面による全反射面としてもよい。
図４は、図３に構造を例示した第３の実施の形態の光変調器１０ｃにおいて、その第１〜第３の全反射膜１７，２４，２５を、基板をその全反射膜の位置で切断し切断面に全反射膜を形成する方法により形成した場合の構造を示す図である。
【００４７】
また、前述した各実施の形態の光変調器においては、各導波路は各々９０°の角度で交差または結合し、それら各導波路と４５°で交差するように部分透過・部分反射膜および全反射膜が設けられていたが、これに限られるものではない。２つの導波路は、９０°に近いような比較的大きな角度で交差する方が製造の容易さから有利であるが任意の角度で交差していてよい。また、部分透過・部分反射膜は、一方の導波路を伝搬されて入射された光の反射光が、適切に他の導波路に入射されるような角度に決定されるものであり、第１の光導波路と第２の光導波路の配置により任意に配置してよい。
【００４８】
また、本素子は小さいため、取扱いを容易にするために、この基板より大きく、かつ安価な支持基板にこの素子を固定して、その支持基板にＶ溝を設けてファイバーを接続したり、その指示基板に受光素子や発光素子を固定して導波路と接続することも可能である。
さらに、外部との接続に、光ファイバを直接接続するようにしてもよい。また、基板端面の導波路開口に直接受光素子や発光素子を接着するようにしてもよい。
このような加工を施しても、その光変調器は、本発明の範囲内であることは明らかである。
【００４９】
その他、本発明の光変調器の製造方法も、工程順序の変更、部分反射・部分透過膜の成膜方法、導波路形成方法などは、任意に変更してよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、より小型で、もって生産性が高くコストを低減することができ、また製作の容易な、たとえば光スイッチや光変調器などの光部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の光変調器の構造を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の光変調器の構造を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の光変調器の構造を示す図である。
【図４】図３に示した本発明の第３の実施の形態の変形例である光変調器の構造を示す図である。
【図５】従来の光変調器の構造を示す図である。
【図６】図５に示した光変調器のＹ型光分岐導波路部を示す図である。
【符号の説明】
１０…光変調器
１１…基板
１２…第１の光導波路
１３…第２の光導波路
１４…第３の光導波路
１５…第４の光導波路
１６…部分透過・部分反射膜
１７，１８，２４，２５…全反射膜
２０，２１…電極
２１…溝
２２…光入射口
２３…光出射口
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば光通信や自動車などの光配線部品、あるいは、産業用機器の光信号処理、光制御、光計測などに適用される、たとえば光スイッチや光変調器などの光部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信技術や光信号処理技術の進展により、光ファイバを介した自動車の光配線や、光信号を用いて各種の産業用機器を制御するための光計測、光信号処理などが実用化されつつある。
そのような光情報伝送、光信号処理に用いる導波路型の光変調器としては、マッハツェンダ型干渉計で構成されたものが用いられている。
【０００３】
そのこれまで用いられているマッハェンダ型光変調器を図５に示す。
図５に示すように、このマッハツェンダ型光変調器９０は、対向する２つのＹ分岐型導波路９１-1，９１-2とこれを結ぶ２本の直線導波路９２-1，９２-2とで構成される。そして、２本の導波路９２-1，９２-2の両脇に電極９３が設けられている。
この電極９３を介して変調信号に基づいた電界を導波路９２-1，９２-2に印加することにより、電気光学効果によりその導波路を伝搬する光の位相が変化し、出力される干渉光の強度がこの位相変化に応じて変化し、光が変調される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このマッハツェンダ型光変調器には、まず、寸法上の制約があり、小型化するのが難しいという問題がある。
図６を参照して具体的に説明すると、光変調器においては伝搬光はシングルモードでなければならないため、変調器を構成するＹ分岐型導波路９１は、その分岐角度、分岐光路長に設計上の制約を受ける。
たとえば、ニオブ酸リチウムを使用したＹ分岐型導波路の場合、シングルモードを維持しながら分岐するための分岐角は約１°と非常に小さいため、入力導波路と出力導波路はほとんど直線状に接続しなければならない。
【０００５】
また、導波路のコアとクラッドの屈折率の差を小さくしてシングルモード導波路としているため、その１°の勾配を入力導波路に平行な導波路として、矩形基板の端面に直交して引き出すためには、光の導波路外へ漏洩を防ぐために、導波路の曲率Ｒを５０ｍｍ以上にする必要があり、この曲率部ａを５〜１０ｍｍ必要とする。
さらに、導波路の接続部では導波路幅が１入力導波路側から見て２倍になり、単純に接続すると、光の反射や伝送モードの変換により伝送損失が増大する。そのため、接続部をテーパーにしてゆるやかに伝送モードを変換するための余分な長さｂが数ｍｍ必要になる。
【０００６】
さらに、２分岐導波路側から入力直線導波路へ信号を送るためには、接続点での伝送モードの乱れを緩和するため、一定以上の直線導波路ｃ（たとえば、３ｍｍ以上）が必要になる。
これらを合計すると、従来のＹ分岐部は全長が約１５ｍｍ以上になる。
前述したマッハツェンダ型光変調器９０では、このようなＹ分岐型導波路を２組対向させ、さらにその間に電界印加用の直線導波路を設けなければならない。そのため、変調器全体では、４０〜５０ｍｍ以上の長さになる。
また、このような長さを有する変調器では、その後の加工、部品の変形を配慮すると、基板の幅を６ｍｍ以上とする必要があり、非常に大きな部品となる。
【０００７】
このように、マッハツェンダ型光変調器においては、小型化が難しくサイズが大きいため、通常の半導体素子と比較して１枚の基板から採れる素子数が少ない。たとえば、一般に光部品製作に用いる３インチの基板から、ここに示したマッハツェンダ型光変調器９０が採れる量は１０個以下である。これは、同様な工程をとる多くの半導体素子が１ｍｍ角以下であることを比較して考えると非常に少ない。その結果、従来のマッハツェンダ型光変調器は、生産性が低く、コストを低減することができないという問題が生じる。
【０００８】
また、このマッハツェンダ型光変調器には、構造が複雑であり製造が難しいという問題もある。
このマッハツェンダ型光変調器９０のＹ分岐部の接続部の形状は、分岐特性、損失に影響するため、非常に精密に製造しなければならない。特に、分岐中央錐状部は０．１μｍ程度の加工精度が必要になる。
その結果、非常に高精度な加工も必要となり、一層のコスト増大を招くという問題が生じる。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、より小型で、もって生産性が高くコストを低減することができ、また製作の容易な、たとえば光スイッチや光変調器などの光部品を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の光部品は、基材と、前記基材上に形成され、一方の端部を光入射部とする第１の光導波路と、前記基材上に前記第１の光導波路と所定の角度で交差するように形成され、一方の端部を光出射部とする第２の光導波路と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路の交差部に設けられ、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路を各方向から導波される光について、一部を透過させて当該第１の光導波路および当該第２の光導波路をそのまま導波させ、一部を反射して前記第２の光導波路および前記第１の光導波路に入射させる部分反射光学部材と、前記基材上に、一方の端部が前記第１の光導波路の他方の端部と結合し、当該第１の光導波路と所定の角度をなすように形成された第３の光導波路と、前記第１の光導波路と前記第３の光導波路の結合部に設けられ、一方の光導波路を導波される光を他方の光導波路に入射させる第１の全反射光学部材と、前記第２の光導波路を他方の端部方向に導波される光、および、前記第３の光導波路を他方の端部方向に導波される光を、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路を介して前記部分反射光学部材に入射されるように誘導する光学手段と、前記第２の光導波路の前記部分反射光学部材と他方の端部との間、および、前記第３の光導波路に対して設けられ、当該光導波路を導波される光の位相を変化させる位相制御手段とを有し、また特定的には、前記部分反射光学部材は、前記第１の光導波路を前記光入射部方向から導波される光の一部を反射して前記第２の光導波路の前記光出射部方向に入射させ一部を透過して当該第１の導波路と前記第３の光導波路の結合部方向に入射させ、前記第１の導波路を前記第１の全反射光学部材方向から導波される光の一部を反射して前記第２の光導波路の前記第２の全反射光学部材方向に入射させ、前記第２の導波路を前記第２の全反射光学部材方向から導波される光の一部を透過して前記第２の光導波路の前記光出射部方向に入射させるように形成されている。
【００１１】
特定的には、前記光学手段は、前記第２の光導波路の他方の端部に設けられ，当該第２の光導波路を導波される光を反射し再び当該第２の光導波路に入射する第２の全反射光学部材と、前記第３の光導波路の他方の端部に設けられ、当該第３の光導波路を導波される光を反射し再び当該第３の光導波路に入射する第３の全反射光学部材とを有する。
また特定的には、前記光学手段は、前記基材上に、一方の端部が前記第３の光導波路の他方の端部と結合され、他方の端部が前記第２の光導波路の他方の端部と結合され、当該第３の光導波路および当該第２の光導波路と各々所定の角度をなすように形成された第４の光導波路と、前記第３の光導波路と前記第４の光導波路の結合部に設けられ、一方の光導波路を導波される光を他方の光導波路に入射させる第２の全反射光学部材と、前記第４の光導波路と前記第２の光導波路の結合部に設けられ、一方の光導波路を導波される光を他方の光導波路に入射させる第３の全反射光学部材とを有する。
【００１３】
特定的には、前記第２の光導波路の前記部分反射光学部材と他方の端部との間、および、前記第３の光導波路は、電気光学材料により形成され、前記位相制御手段は、当該第２の光導波路の前記部分反射光学部材と他方の端部との間および第３の光導波路に、所望の電界を印加する電界印加手段である。
また特定的には、前記位相制御手段は、当該第２の光導波路の前記部分反射光学部材と他方の端部との間および第３の光導波路の温度を制御する温度制御手段である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
第１の実施の形態
本発明の第１の実施の形態について、図１を参照して説明する。
図１は、第１の実施の形態の光変調器の構造を示す上面図である。
【００１５】
まず、光変調器１０の構造について説明する。
図示のごとく、光変調器１０は、基板１１上に、電気光学材料からなり直線状の３本の光導波路、第１の光導波路１２、第２の光導波路１３および第３の光導波路１４が形成された構成である。
【００１６】
第１の光導波路１２および第２の光導波路１３は、９０°で交差されて配置されており、その交差部により、各々２つの部分１２ａ，１２ｂおよび１３ａ，１３ｂに分割されている。
また、第１の光導波路１２の第１の部分１２ａの一方の端部は光入射口２２として、第２の光導波路１３の第１の部分１３ａの一方の端部は光出射口２３として形成されている。
【００１７】
この、第１の光導波路１２と第２の光導波路１３との交差部分には、伝搬された光の一部を反射し一部を透過する部分透過・部分反射膜１６が、各導波路と４５°になるように配置されている。
この部分透過・部分反射膜１６により、たとえば、第１の光導波路１２の第１の部分１２ａを伝搬された光は、一部が第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂに入射され、一部が第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂに透過される。また、第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂを伝搬されて部分透過・部分反射膜１６に入射された光の一部、および、第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂを伝搬されて部分透過・部分反射膜１６に入射された光の一部は、各々反射および透過されて第２の光導波路１３の第１の部分１３ａに入射される。
【００１８】
第３の光導波路１４は、第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂの端部において第１の光導波路１２と直角に連結し、第２の光導波路１３と平行になるように配置されている。また、この第１の光導波路１２と第３の光導波路１４との連結部分には、全反射膜１７が各導波路と４５°になるように配置されている。
この全反射膜１７により、第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂを伝搬された光は全反射されて第３の光導波路１４に入射され、また逆に、第３の光導波路１４を伝搬されてきた光は全反射されて第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂに入射される。
【００１９】
第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂの部分透過・部分反射膜１６とは異なる方の端面、および、第３の光導波路１４の第１の光導波路１２との連結部とは異なる方の端面には、伝搬光を再び導波路内へ反射する全反射膜１８が設けられている。
【００２０】
また、第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂおよび第３の光導波路１４には、それら各光導波路に所望の電界を加えるための電極２０が設けられている。
この電極２０に、任意の変調信号に基づいた電圧を印加することにより、第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂおよび第３の光導波路１４を各々往復する各伝搬光の位相を、電気光学効果により変化させることができる。その結果、部分透過・部分反射膜１６を介して第２の光導波路１３の第１の部分１３ａを通過して出射される、各伝搬光の干渉光の強度を電気的に制御することができ、このような構造の素子を光変調器として動作させることができる。なお、光変調器１０に高速動作を行わせるために電極２０に高周波電界を印加する必要がある時には、電極構成を進行波電極とする。
【００２１】
次に、このような構造の光変調器１０により光変調を行う動作について説明する。
第１の光導波路１２の光入射口２２より入射された光は、第１の光導波路１２の第１の部分１２ａを導波されて部分透過・部分反射膜１６に入射される。
部分透過・部分反射膜１６においては、その導波された光の一部を透過させて第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂに入射させるとともに、その一部を反射して第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂに入射させることにより、入力光を所望の分岐比で分岐する。
【００２２】
第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂに入射された光は、全反射膜１７により全反射されて第３の光導波路１４に入射され、第３の光導波路１４内を導波される。そして、第３の光導波路１４の端部に設けられた全反射膜１８により全反射され、再び第３の光導波路１４内を導波され、全反射膜１７により反射されて第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂに入射される。
この時に、第３の光導波路１４に対しては電極２０により所望の電界が印加されるので、電気光学効果により伝搬する光の位相が変化される。
【００２３】
一方、第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂに入射された光は、第２の光導波路１３内を導波され、第２の光導波路１３の端部に設けられた全反射膜１８により全反射され、再び第２の光導波路１３内を導波される。
この時にも、第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂに対しては電極２０により所望の電界が印加されるので、電気光学効果により伝搬する光の位相が変化される。
【００２４】
そして、これら第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂおよび第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂを戻ってきた各々位相が変化された光は、部分透過・部分反射膜１６により各々反射および透過され、互いに干渉しあいながら第２の光導波路１３の第１の部分１３ａを伝搬され、光出射口２３より出力光として出射される。
このように、光変調器１０においては、電極２０に印加した電界により、第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂおよび第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂを導波される光の位相が変化され、第２の光導波路１３の第１の部分１３ａを伝搬される干渉光の強度が変化される。したがって、電極２０に所望の変調信号からなる電界を印加することにより、光を所望の状態に変調することが可能となる。
【００２５】
このように、第１の実施の形態の光変調器１０においては、従来の光変調器における分岐導波路の複雑なテーパ形状の光導波路部分、大半径の曲線導波路部分などを必要としないため、形状が従来の部品に比べて大幅に小型になる。
具体的には、基板の長さは、部分透過・部分反射膜１６を用いた分岐部が１〜２ｍｍ程度で十分であることから位相制御用の電極２０の長さが大半を占め、基板全長は２０ｍｍ以下となる。
【００２６】
また、本実施の形態の光変調器１０においては、電界印加光路を２本有するので、たとえば同様の構成で電界印加光路を１本のものに比べて、変調器の長さ、や駆動電圧を１／２にすることができる。
また、分岐部を構成する２本の導波路は比較的大きな交差角（本実施の形態の光変調器１０においては９０°）を有するので、分岐部を容易に製造することができる。また、損失、分岐比といった、部品の特性は、部分透過・部分反射膜に依存するので、特性の管理も容易になる。
そしてこれらの結果、光変調器の大幅な低コスト化、量産化が可能となる。
【００２７】
次に、この光変調器１０の製造方法について、具体例を挙げて説明する。
ここでは、光導波路として、Ｓｉ基板上に形成した非線形有機導波路を用いる場合について説明する。
まず、下部電極層を形成したＳｉウェハ上に、クラッド層としてコア層より屈折率の低いポリマー、および、コア層の非線形有機ポリマーを、スピンコートなどにより塗布する。それぞれの膜厚は、最終的な導波路幅と膜厚の関係から、シングルモード導波路となるように制御する。本実施の形態においては、コア層２μｍ、クラッド層３μｍである。
この上に、４〜５μｍ幅のレジストパターニングをフォトリソグラィーにより形成し、これを酸素ガス中でＲＩＥ処理してコア層のみをエッチングし、レジスト形状幅とコア層薄膜の矩形形状の光導波路を形成する。
そして、その表面に再びクラッド層をスピンコートなどにより形成する。
【００２８】
次に、第１の光導波路１２と第２の光導波路１３の交差部、および、第１の光導波路１２と第２の光導波路１３の連結部に対し、前述したのと同様の手順でＲＩＥ処理を行い、基板に垂直で深さ１０μｍ以上、幅約２０μｍ以下、両導波路となす角度が４５°の溝を形成する。
そして、第１の光導波路１２と第２の光導波路１３の交差部に設けた溝については、各光導波路に対し所望の光分岐比を得るような部分透過・部分反射膜１６を形成する。部分透過・部分反射膜１６は、膜が溝の一方の側壁に形成されるように、変調器基板を傾斜させて膜材料を蒸着またはスパッタリングし、コア層と同等の屈折率を有する屈折率調節剤を充填することにより形成する。
また、第１の光導波路１２と第３の光導波路１４の連結部の溝と、第２の光導波路１３および第３の光導波路１４の端面には、全反射ミラーを形成する。この際、第１の光導波路１２と第３の光導波路１４の連結部の全反射膜１７については、前述した部分透過・部分反射膜１６と同様の手法により、溝側壁に金属膜など形成することにより設ける。
【００２９】
最後に、第２の光導波路１３と第３の光導波路１４のクラッド層上に、下部電極層とでコア層を挟むように、上部電極層を形成する。
そして、ダイシングソーを用いて、導波路に直角で交差点を含む矩形状の部分を変調器基板として切り出すことにより、光変調器１０が得られる。
【００３０】
第２の実施の形態
本発明の第２の実施の形態について、図２を参照して説明する。
図２は、第２の実施の形態の光変調器の構造を示す上面図である。
第２の実施の形態の光変調器１０ｂは、基本的な構成は第１の実施の形態の光変調器１０と同じであるが、部分透過・部分反射膜の向き、および、電極の構成が第１の実施の形態の光変調器１０とは異なるものである。
【００３１】
すなわち、図示のごとく、部分透過・部分反射膜１６ｂは、光変調器１０と同様に、第１の光導波路１２および第２の光導波路１３の交差部に各光導波路と４５°の角度をなすように設けられているが、第１の光導波路１２の第１の部分１２ａと第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂのなす角、および、第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂと第２の光導波路１３の第１の部分１３ａのなす角を各々２分割するような角度で設けられており、第１の実施の形態の光変調器１０の部分透過・部分反射膜１６とは９０°回転した向きに設けられている。
【００３２】
このように部分透過・部分反射膜１６ｂを配置することにより、光入射口２２より入射され、第１の光導波路１２の第１の部分１２ａを伝搬された光は、その一部は透過されて第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂに入射されるが、残りは反射されて光出射口２３が設けられている第２の光導波路１３の第１の部分１３ａに直接入射される。
【００３３】
そして、第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂに入射された光は、全反射膜１７で全反射されて第３の光導波路１４に入射され、第３の光導波路１４中を導波されて全反射膜１８まで到達され、全反射膜１８で全反射され再び第３の光導波路１４を導波され、全反射膜１７で全反射され、第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂに入射される。
第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂに入射された光は、部分透過・部分反射膜１６ｂでその一部が反射されて第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂに入射される。
【００３４】
そして、第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂに入射された光は、第２の光導波路１３中を導波されて全反射膜１８まで到達され、全反射膜１８で全反射され再び第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂを導波され、部分透過・部分反射膜１６ｂに入射される。
そして、この光の一部が部分透過・部分反射膜１６ｂを透過して第２の光導波路１３の第１の部分１３ａに入射され、最初に部分透過・部分反射膜１６ｂにより反射されて第２の光導波路１３の第１の部分１３ａに入射された光との間で干渉光が形成され、第２の光導波路１３の第１の部分１３ａの端部の光出射口２３より出射される。
【００３５】
このような構成においては、第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂおよび第３の光導波路１４で位相が変化される光は、最終的に干渉に供される２経路の光のうちの一方の同じ光である。したがって、電極２１は、第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂおよび第３の光導波路１４に対して、同方向の電界を印加すればよい。
【００３６】
このような構成の光変調器１０ｂも、第１の実施の形態の光変調器１０と同様に、従来に比べて大幅に小型で、駆動電圧が少なく、製造が容易で、特性の管理も容易なものとなり、光変調器の大幅な低コスト化、量産化が可能となる。
また、第１の実施の形態の光変調器１０と比較すると、一方の光に対してのみ２倍の長さの電界を印加して位相を変化させている。したがって、変調条件などによっては、このような構成の光変調器１０ｂを用いる方が、駆動電力、位相調整の精度などの点で有効な場合もある。
なお、この光変調器１０ｂも、第１の実施の形態で説明したのと全く同じ方法により製造することができる。
本発明は、このような形態で実施してもよい。
【００３７】
第３の実施の形態
本発明の第３の実施の形態について、図３を参照して説明する。
図３は、第３の実施の形態の光変調器の構造を示す上面図である。
第３の実施の形態の光変調器１０ｃは、第２の実施の形態の光変調器１０ｂと同様に、入射された光を、部分透過・部分反射膜１６ｂにより光出射口２３の方に直ちに反射する光と、第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂおよび第３の光導波路１４内に伝搬させて位相を変化させる光とに分岐させる構成であるが、その位相を変化させる光の伝搬経路が、第２の実施の形態の光変調器１０ｂとは異なるものである。
【００３８】
すなわち、光変調器１０ｃにおいては、図示のごとく、第２の光導波路１３および第３の光導波路１４の、光変調器１０ｂにおいて全反射膜１８に接していた方の端部に、第２の光導波路１３および第３の光導波路１４と各々直角に結合する第４の光導波路１５を設け、さらに、この第３の光導波路１４と第４の光導波路１５の結合部、および、第４の光導波路１５と第２の光導波路１３の結合部に、第２の全反射膜２４および第３の全反射膜２５が設けられている。
【００３９】
このような構成の光変調器１０ｃにおいては、光入射口２２より入射され、第１の光導波路１２の第１の部分１２ａを伝搬された光は、その一部は透過されて第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂに入射され、残りは反射されて光出射口２３が設けられている第２の光導波路１３の第１の部分１３ａに入射される。
第１の光導波路１２の第２の部分１２ｂに入射された光は、全反射膜１７で全反射されて第３の光導波路１４に入射され、第３の光導波路１４中を導波された後第２の全反射膜２４で全反射されて第４の光導波路１５に入射され、さらに第４の光導波路１５中を導波された後第３の全反射膜２５においてさらに反射されて第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂに入射される。
【００４０】
第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂに入射された光は、第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂ中を導波され、部分透過・部分反射膜１６ｂに入射される。
そして、この光の一部が部分透過・部分反射膜１６ｂを透過して第２の光導波路１３の第１の部分１３ａに入射され、最初に部分透過・部分反射膜１６ｂにより反射されて第２の光導波路１３の第１の部分１３ａに入射された光との間で干渉光が形成され、第２の光導波路１３の第１の部分１３ａの端部の光出射口２３より出射される。
【００４１】
このような構成の光変調器１０ｃも、第１の実施の形態および第２の実施の形態の光変調器１０，１０ｂと同様に、従来に比べて大幅に小型で、駆動電圧が少なく、製造が容易で、特性の管理も容易なものとなり、光変調器の大幅な低コスト化、量産化が可能となる。
また、第２の実施の形態の光変調器１０ｂと同様に、最終的に干渉に供される２経路の光のうちの一方の光のみ位相を変化させているので、第２の光導波路１３の第２の部分１３ｂおよび第３の光導波路１４に対しては、電界２１により同方向の電界を印加すればよい。
なお、この光変調器１０ｃも、第１の実施の形態で説明したのと全く同じ方法により製造することができる。
本発明は、このような形態で実施してもよい。
【００４２】
変形例
なお、本発明は、前述した第１〜第３の実施の形態に限られるものではなく、さらに任意好適な種々の改変が可能である。
たとえば、前述した実施の形態はいずれも光変調器を例示して本発明を説明したが、本発明は光変調器にのみ適用されるものではなく、たとえば、光スイッチなどの任意の光部品に適用可能である。
【００４３】
また、本実施の形態においては、光導波路を電気光学材料で構成し、この光導波路に電界を印加することにより、電気光学効果により伝搬光の位相を変化させ、これにより干渉光の強度を制御していた。しかしながら、本発明は電気光学効果による位相の制御に限定されるものではない。光導波路を伝搬される光の位相を変化させる方法であれば任意の方法を用いてよい。
たとえば、熱光学効果により伝搬光の位相を変化させるようにしてもよい。その場合には、第１の実施の形態〜第３の実施の形態の電極を、ヒータに置換し、これにより光導波路の温度を制御し、伝搬される光の位相を制御するようにすればよい。
【００４４】
また、前述した実施の形態においては、光変調器の製造例として、シリコン基板上に非線形有機導波路を形成する方法を示したが、光変調器の製造方法、材料などはこれに限られるものではない。たとえば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）基板上に、Ｔｉ熱拡散法によりシングルモード直線導波路を形成するようにしてもよい。
その他、導波路の材料も任意に変更してよい。
【００４５】
また、部分透過・部分反射膜１６や全反射膜、全反射ミラーなどの形成方法も、任意に改変してよい。
たとえば、部分透過・部分反射膜１６は、前述した実施の形態においては、基板に形成された溝の側面に、膜材料を蒸着またはスパッタリングにより形成することにより形成したが、たとえば、膜を形成した基板を溝に挿入し固定することにより形成してもよい。
その際には、たとえば、導波光に対して透明な有機フィルムに半透過反射のたとえば多層干渉膜や金属膜などの光学薄膜を形成したり、導波光に対して透明な無機材料からなる薄板に同様の光学薄膜を形成した基板を用いるのが好適である。また、たとえば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）基板を用いた光変調器であれば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）結晶の薄片に部分反射・部分透過膜を形成したものを用いるのが好適である。
その他、部分反射・部分透過膜として、通常、空間光光学系においてハーフミラーとして用いられている種々の部材を用いてもよい。
【００４６】
また、第１の光導波路１２と第３の光導波路１４の連結部の全反射膜１７は、溝部分に何も形成せず、空気層との界面における全反射を利用することにより形成してもよい。
また、溝ではなく、図４に示すように、同様の角度で基板ごと切断した端面を形成し、そこに金属膜を形成したり、あるいはそのままの界面による全反射面としてもよい。
図４は、図３に構造を例示した第３の実施の形態の光変調器１０ｃにおいて、その第１〜第３の全反射膜１７，２４，２５を、基板をその全反射膜の位置で切断し切断面に全反射膜を形成する方法により形成した場合の構造を示す図である。
【００４７】
また、前述した各実施の形態の光変調器においては、各導波路は各々９０°の角度で交差または結合し、それら各導波路と４５°で交差するように部分透過・部分反射膜および全反射膜が設けられていたが、これに限られるものではない。２つの導波路は、９０°に近いような比較的大きな角度で交差する方が製造の容易さから有利であるが任意の角度で交差していてよい。また、部分透過・部分反射膜は、一方の導波路を伝搬されて入射された光の反射光が、適切に他の導波路に入射されるような角度に決定されるものであり、第１の光導波路と第２の光導波路の配置により任意に配置してよい。
【００４８】
また、本素子は小さいため、取扱いを容易にするために、この基板より大きく、かつ安価な支持基板にこの素子を固定して、その支持基板にＶ溝を設けてファイバーを接続したり、その指示基板に受光素子や発光素子を固定して導波路と接続することも可能である。
さらに、外部との接続に、光ファイバを直接接続するようにしてもよい。また、基板端面の導波路開口に直接受光素子や発光素子を接着するようにしてもよい。
このような加工を施しても、その光変調器は、本発明の範囲内であることは明らかである。
【００４９】
その他、本発明の光変調器の製造方法も、工程順序の変更、部分反射・部分透過膜の成膜方法、導波路形成方法などは、任意に変更してよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、より小型で、もって生産性が高くコストを低減することができ、また製作の容易な、たとえば光スイッチや光変調器などの光部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の光変調器の構造を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の光変調器の構造を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の光変調器の構造を示す図である。
【図４】図３に示した本発明の第３の実施の形態の変形例である光変調器の構造を示す図である。
【図５】従来の光変調器の構造を示す図である。
【図６】図５に示した光変調器のＹ型光分岐導波路部を示す図である。
【符号の説明】
１０…光変調器
１１…基板
１２…第１の光導波路
１３…第２の光導波路
１４…第３の光導波路
１５…第４の光導波路
１６…部分透過・部分反射膜
１７，１８，２４，２５…全反射膜
２０，２１…電極
２１…溝
２２…光入射口
２３…光出射口
Claims (5)
- 基材と、
前記基材上に形成され、一方の端部を光入射部とする第１の光導波路と、
前記基材上に前記第１の光導波路と所定の角度で交差するように形成され、一方の端部を光出射部とする第２の光導波路と、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路の交差部に設けられ、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路を各方向から導波される光について、一部を透過させて当該第１の光導波路および当該第２の光導波路をそのまま導波させ、一部を反射して前記第２の光導波路および前記第１の光導波路に入射させる部分反射光学部材と、
前記基材上に、一方の端部が前記第１の光導波路の他方の端部と結合し、当該第１の光導波路と所定の角度をなすように形成された第３の光導波路と、
前記第１の光導波路と前記第３の光導波路の結合部に設けられ、一方の光導波路を導波される光を他方の光導波路に入射させる第１の全反射光学部材と、
前記第２の光導波路を他方の端部方向に導波される光、および、前記第３の光導波路を他方の端部方向に導波される光を、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路を介して前記部分反射光学部材に入射されるように誘導する光学手段と、
前記第２の光導波路の前記部分反射光学部材と他方の端部との間、および、前記第３の光導波路に対して設けられ、当該光導波路を導波される光の位相を変化させる位相制御手段と
を有し、
前記部分反射光学部材は、
前記第１の光導波路を前記光入射部方向から導波される光の一部を反射して前記第２の光導波路の前記光出射部方向に入射させ一部を透過して当該第１の導波路と前記第３の光導波路の結合部方向に入射させ、
前記第１の導波路を前記第１の全反射光学部材方向から導波される光の一部を反射して前記第２の光導波路の前記第２の全反射光学部材方向に入射させ、
前記第２の導波路を前記第２の全反射光学部材方向から導波される光の一部を透過して前記第２の光導波路の前記光出射部方向に入射させる
光部品。 - 前記光学手段は、
前記第２の光導波路の他方の端部に設けられ，当該第２の光導波路を導波される光を反射し再び当該第２の光導波路に入射する第２の全反射光学部材と、
前記第３の光導波路の他方の端部に設けられ、当該第３の光導波路を導波される光を反射し再び当該第３の光導波路に入射する第３の全反射光学部材と
を有する請求項１に記載の光部品。 - 前記光学手段は、
前記基材上に、一方の端部が前記第３の光導波路の他方の端部と結合され、他方の端部が前記第２の光導波路の他方の端部と結合され、当該第３の光導波路および当該第２の光導波路と各々所定の角度をなすように形成された第４の光導波路と、
前記第３の光導波路と前記第４の光導波路の結合部に設けられ、一方の光導波路を導波される光を他方の光導波路に入射させる第２の全反射光学部材と、
前記第４の光導波路と前記第２の光導波路の結合部に設けられ、一方の光導波路を導波される光を他方の光導波路に入射させる第３の全反射光学部材と
を有する請求項１に記載の光部品。 - 前記第２の光導波路の前記部分反射光学部材と他方の端部との間、および、前記第３の光導波路は、電気光学材料により形成され、
前記位相制御手段は、当該第２の光導波路の前記部分反射光学部材と他方の端部との間および第３の光導波路に、所望の電界を印加する電界印加手段である
請求項１〜３のいずれかに記載の光部品。 - 前記位相制御手段は、当該第２の光導波路の前記部分反射光学部材と他方の端部との間および第３の光導波路の温度を制御する温度制御手段である
請求項１〜３のいずれかに記載の光部品。
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