JP4733094B2 - 光素子 - Google Patents
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Description
光ファイバー通信系又は計測系において必要とされる光処理の中で、集積化の容易性、制御の高効率性などの観点から、光導波路を有する光素子が利用され、中でもマッハツェンダ型光導波路を有する光素子は、光波の変調動作の高速性や安定性にも優れている。
なお、薄板化した基板は機械的強度が弱いため、通常、基板の裏面に接着層を介して支持基板が接合されている。(特許文献1参照)
光波の位相調整方法は、基本的に、光導波路自体又はその周辺(伝搬する光波が反応する領域)の屈折率を調整するものであり、具体的には、特許文献2のような基板上に溝を形成する方法、フォトリフラクティブ効果や光弾性効果を利用する方法、光導波路上に光導波路と屈折率が異なる材料を形成する方法などがある。
また、単結晶薄板には光導波路が形成されているため、光導波路に対して凹凸部を形成する場所や凹凸部の大きさ、及び凹凸部の数を種々選択することにより、光導波路を伝搬する光波の位相を多様に調整することが可能となる。
さらに、凹凸部は、光導波路上又は近傍に形成され、光路長を調整するため、より効果的に光波の位相を調整することが可能となる。
図1は、本発明の光素子の平面図であり、図2に図1の矢印X−Xにおける断面図を示す。
本発明の光素子は、支持基板4と厚さ50μm以下の単結晶薄板1とを熱可塑性接着剤3を介して貼り合せて構成される光素子において、該単結晶薄板には光が伝搬するための光導波路21,22が形成されており、該光素子を加熱して該熱可塑性接着剤を軟化させた状態で、該薄板の少なくとも表面の一部に弾性限界以内の応力を加えることにより、該薄板に凹凸部10を該光導波路22上又は近傍に形成した後、該光素子を冷却して該熱可塑性接着剤を固化することにより、該凹凸部を固定化することにより、該光導波路22の光路長が調整されていることを特徴としている。
また、薄板1の厚みは、50μm以下、好ましくは30μm以下であり、重要な点は、熱可塑性接着剤の接着力が、凹凸部における薄板1の復元力より大きくなるように、薄板1の厚みを設定することである。
基板の研磨方法としては、基板表面に熱可塑性樹脂を塗布し、研磨冶具を貼り付け、ラップ盤研磨機で、基板の裏面を研磨する。
支持基板4に使用される材料としては、種々のものが利用可能であり、例えば、薄板と同様の材料を使用する他に、石英、ガラス、アルミナなどのように薄板より低誘電率の材料を使用したり、薄板と異なる結晶方位を有する材料を使用することも可能である。ただし、線膨張係数が薄板と同等である材料を選定することが、温度変化に対する光導波路型変調器などの光素子の動作特性を安定させる上で好ましい。
また、接着層に低誘電率材料を使用すると、光導波路型変調器などの光素子を広帯域化などにも寄与する。
光導波路2の形成方法としては、Tiなどを熱拡散法やプロトン交換法などで基板(薄板)表面に拡散させることにより形成することができる。
また、図示していないが、光導波路を伝搬する光波を変調するため光導波路に電界を印加するため、信号電極や接地電極などの制御電極を薄板1に設けることが可能である。制御電極の形成は、薄板1に対してTi・Auの電極パターンの形成及び金メッキ方法などにより形成することができる。
「数1」欄に示すように、凹凸部により空間的に増加した光路長(式(1))を計算し、式(2)の位相変化量δを1以下とする条件を満たすd,rの関係を求めると、式(3)に示すような条件式を満足することが必要である。なお、kは真空中の波数、nは屈折率、δは位相変化量(=Δλ/λ)を意味する。
図5に示すように、薄板に形成された凹凸部の形状維持するための固定手段5を設ける。仮に、光素子を駆動している際に、光素子が加熱し、熱可塑性接着剤が軟化する温度になった場合でも、該固定手段5により凹凸部が元の状態に戻ることが阻止される。
先ず最初に、光素子を全体的又は局所的に加熱し、熱可塑性接着剤の全体又は一部を軟化させる。光素子全体を加熱する方法としては、光素子全体を加温室に入れたり、光素子を保持する部材にヒーターを設け加熱する方法がある。光素子を局所的に加熱する方法としては、後述する薄板を押圧する針にヒータを設け、針の先端を通じて加熱する方法や、レーザーを別途照射し、加熱する方法などがある。
そして、薄板を針で押圧した状態で接着剤の温度を下げ、凹凸形状を維持する状態で接着剤を硬化させる。
2 光導波路
3 接着層(熱可塑性接着剤)
4 支持基板
5 固定手段
10〜12 凹凸部
21,22 分岐導波路
Claims (6)
- 支持基板と厚さ50μm以下の単結晶薄板とを熱可塑性接着剤を介して貼り合せて構成される光素子において、
該単結晶薄板には光が伝搬するための光導波路が形成されており、
該光素子を加熱して該熱可塑性接着剤を軟化させた状態で、該薄板の少なくとも表面の一部に弾性限界以内の応力を加えることにより、該薄板に凹凸部を該光導波路上又は近傍に形成した後、
該光素子を冷却して該熱可塑性接着剤を固化することにより、該凹凸部を固定化することにより、
該光導波路の光路長が調整されていることを特徴とする光素子。 - 請求項1に記載の光素子において、
該単結晶薄板に形成された凹凸部の形状を維持するための固定手段を有し、
該固定手段が、該熱可塑性接着剤より熱可塑性の小さい材料又は熱可塑性を有しない材料で構成されていることを特徴とする光素子。 - 請求項2に記載の光素子において、
該固定手段は、該凹凸部に接して又は該凹凸部上に設けられていることを特徴とする光素子。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の光素子において、該光導波路は、マッハツェンダ型光導波路であることを特徴とする光素子。
- 請求項4に記載の光素子において、該凹凸部は、該マッハツェンダ型光導波路を構成する2本の分岐導波路を伝搬する光の位相を調整するため、該分岐導波路の近傍又は上に配置されていることを特徴とする光素子。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載の光素子において、該凹凸部の形状は、凹凸部による位相変化が光波の1周期分以内であることを特徴とする光素子。
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