JP4987335B2 - Optical device - Google Patents

Optical device Download PDF

Info

Publication number
JP4987335B2
JP4987335B2 JP2006096593A JP2006096593A JP4987335B2 JP 4987335 B2 JP4987335 B2 JP 4987335B2 JP 2006096593 A JP2006096593 A JP 2006096593A JP 2006096593 A JP2006096593 A JP 2006096593A JP 4987335 B2 JP4987335 B2 JP 4987335B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
optical
optical waveguide
light introducing
monitor
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006096593A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007271850A (en
Inventor
慎吾 森
薫 日隈
敏夫 坂根
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.)
Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Osaka Cement Co 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 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd filed Critical Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority to JP2006096593A priority Critical patent/JP4987335B2/en
Publication of JP2007271850A publication Critical patent/JP2007271850A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4987335B2 publication Critical patent/JP4987335B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Description

本発明は光デバイスに係り、特に、光導波路を伝搬する光の強度をモニタできる機能を備えた光デバイスに関する。   The present invention relates to an optical device, and more particularly to an optical device having a function of monitoring the intensity of light propagating through an optical waveguide.

光に信号を載せて光ファイバで伝送する光通信システムにおいて、光伝送に必要な様々な処理を光に対して施す各種の機能素子が用いられる。これら機能素子は、その出力光をモニタし、素子の動作をそのモニタ結果に基づいてフィードバック制御することで、所望の特性を精度良く得ることが可能である。   In an optical communication system in which a signal is placed on light and transmitted through an optical fiber, various functional elements that perform various processes necessary for light transmission are used. These functional elements can obtain desired characteristics with high accuracy by monitoring the output light and performing feedback control of the operation of the elements based on the monitoring results.

例えば、光信号に強度変調を与える機能素子として、ニオブ酸リチウム(LiNbO;以下LNと呼ぶ)等の基板上にマッハツェンダー型の光導波路と変調電極およびバイアス電極を形成した、光強度変調器が利用されている。この光強度変調器では、マッハツェンダー光導波路の合波点において、合波される2つの光波の位相差が0およびπとなる状態を基準として変調を行う必要があるが(変調動作点のバイアス調整)、この基準となる位相状態を得るため、変調後の信号光をモニタしてバイアス電極からの印加電圧を調整することが行われる。 For example, an optical intensity modulator in which a Mach-Zehnder type optical waveguide, a modulation electrode, and a bias electrode are formed on a substrate such as lithium niobate (LiNbO 3 ; hereinafter referred to as LN) as a functional element that applies intensity modulation to an optical signal Is being used. In this optical intensity modulator, it is necessary to perform modulation with reference to a state in which the phase difference between two optical waves to be combined is 0 and π at the multiplexing point of the Mach-Zehnder optical waveguide (the bias at the modulation operating point). In order to obtain this reference phase state, the modulated signal light is monitored to adjust the voltage applied from the bias electrode.

従来、こうした光モニタを実現するものとして、特許文献1に記載されたモニタ付光導波路型素子が知られている。図4は、このモニタ付光導波路型素子の断面の概略構成を示したものである。同図において、基板101上に光導波路102が形成され、その上部(基板表面)に光導波路102より屈折率の高いエバネセント成分導入層200が設けられている。光検出器204は、エバネセント成分導入層200を介して光導波路102の上部に設置されている。   Conventionally, an optical waveguide device with a monitor described in Patent Document 1 is known as a device for realizing such an optical monitor. FIG. 4 shows a schematic configuration of a cross section of the optical waveguide device with a monitor. In the figure, an optical waveguide 102 is formed on a substrate 101, and an evanescent component introduction layer 200 having a higher refractive index than that of the optical waveguide 102 is provided on the upper portion (substrate surface). The photodetector 204 is disposed on the optical waveguide 102 via the evanescent component introduction layer 200.

図4のモニタ付光導波路型素子では、光導波路102を図中P方向に伝搬する光は、その一部がエバネセント成分として光導波路102外にも滲み出した状態で伝搬していく。そして、このエバネセント成分はエバネセント成分導入層200を通って光検出器204内部にまで滲入して、そのごく一部が光検出器204の受光面205に到達する。こうしてエバネセント成分の一部を検出することで、伝搬光のモニタリングが行われる。
特開2001−215371号公報
In the optical waveguide device with a monitor shown in FIG. 4, the light propagating in the P direction in the drawing through the optical waveguide 102 propagates in a state where a part of the light oozes out of the optical waveguide 102 as an evanescent component. The evanescent component penetrates into the photodetector 204 through the evanescent component introduction layer 200, and only a part of the evanescent component reaches the light receiving surface 205 of the photodetector 204. Thus, the propagation light is monitored by detecting a part of the evanescent component.
JP 2001-215371 A

しかしながら、上記のモニタ付光導波路型素子では、光検出器204へのエバネセント成分の進入角度が伝搬方向Pに対して5度程度と浅いため、滲入した光の大部分は光検出器204内で散逸してしまい、そのごく一部しか受光面205に到達することができない。その結果、光検出器204におけるモニタ効率(受光感度)が極めて低く、実用的な性能を得ることができないという問題があった。   However, in the above-described optical waveguide device with a monitor, the entry angle of the evanescent component into the photodetector 204 is shallow at about 5 degrees with respect to the propagation direction P, so that most of the infiltrated light is within the photodetector 204. It is dissipated and only a small part can reach the light receiving surface 205. As a result, there is a problem that the monitor efficiency (light receiving sensitivity) in the photodetector 204 is extremely low, and practical performance cannot be obtained.

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光導波路を伝搬する光の強度を効率良くモニタすることが可能であり、モニタ部分の構造が簡易で実装も容易な光デバイスを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to make it possible to efficiently monitor the intensity of light propagating through an optical waveguide. The structure of the monitor portion is simple and easy to mount. To provide a device.

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、請求項1に記載の発明は、基板上に光導波路が形成された光導波路素子と、前記光導波路を伝搬する光のエバネセント成分と光学的な結合が生じるように前記基板表面に配置された光学媒質で構成され、前記結合された光を取り込んで光検出手段へと導く光導入手段と、取り込まれた光を反射させてその光路を光検出手段の受光面の方向に変換する光路変換手段と、光路変換後の光を受光する前記光検出手段と、を有することを特徴とする光デバイスである。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the invention according to claim 1 includes an optical waveguide element in which an optical waveguide is formed on a substrate, and an evanescent component of light propagating through the optical waveguide. And an optical medium arranged on the surface of the substrate so that optical coupling occurs, a light introducing means for taking the combined light and guiding it to a light detection means, and reflecting the taken light to An optical device comprising: an optical path conversion unit that converts an optical path into a direction of a light receiving surface of the light detection unit; and the light detection unit that receives light after the optical path conversion.

この発明によれば、光導波路を伝搬する光のエバネセント成分が光導入手段を構成する光学媒質に結合し、結合した光はこの媒質内を基板と平行に近い角度で進んで、光路変換手段によって光路を折り曲げられて光検出手段の受光面の方向へさらに進み、光検出手段で受光される。したがって、光導入手段に取り込まれた光の大部分は、光路変換手段を介して光検出手段により受光されることになるので、光導波路を伝搬する光のモニタリングを効率良く行うことができる。また、光検出手段は受光面を基板に向けてフェースダウンで設置できるので、実装が容易である。   According to the present invention, the evanescent component of the light propagating in the optical waveguide is coupled to the optical medium constituting the light introducing means, and the coupled light travels through the medium at an angle close to parallel to the substrate, and is reflected by the optical path changing means. The optical path is bent and further proceeds in the direction of the light receiving surface of the light detection means, and is received by the light detection means. Therefore, most of the light taken into the light introducing means is received by the light detecting means via the optical path changing means, so that the light propagating through the optical waveguide can be monitored efficiently. Further, since the light detection means can be installed face down with the light receiving surface facing the substrate, mounting is easy.

また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の光デバイスにおいて、前記光路変換手段は基板に対し所定の傾斜角を有する前記光導入手段と他の媒質との境界面であり、この境界面において光導入手段に取り込まれた光に対する全反射条件が満たされていることを特徴とする。   Further, the invention according to claim 2 is the optical device according to claim 1, wherein the optical path changing means is a boundary surface between the light introducing means having a predetermined inclination angle with respect to the substrate and another medium, The total reflection condition for the light taken into the light introducing means is satisfied at the boundary surface.

この発明によれば、光導入手段と結合した光は上記の境界面(光路変換手段)によって全反射されて光検出手段へ進むので、光路変換手段での光の損失が発生しない。したがって、モニタ効率が良好である。また、この境界面は光導入手段(所定の一様な光学媒質)を端面研磨するなどして形成できるので、構造が簡易であり、この部分(光導入手段と光路変換手段)の製造・実装が容易である。
なお、全反射条件が満たされているとは、光導入手段と上記他の媒質の屈折率が与えられた時、当該境界面への光線の入射角が所定の角度(臨界角)以上であることをいう。
According to the present invention, the light combined with the light introducing means is totally reflected by the boundary surface (optical path changing means) and proceeds to the light detecting means, so that no light loss occurs in the optical path changing means. Therefore, the monitoring efficiency is good. In addition, since this boundary surface can be formed by polishing the end face of a light introducing means (predetermined uniform optical medium), the structure is simple, and this part (light introducing means and optical path changing means) is manufactured and mounted. Is easy.
Note that the total reflection condition is satisfied when the refractive index of the light introducing means and the other medium is given and the incident angle of the light beam on the boundary surface is equal to or greater than a predetermined angle (critical angle). That means.

また、請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の光デバイスにおいて、前記光導波路と前記光導入手段との間にこの光導波路よりも低屈折率のバッファ層を設け、前記光導入手段はこのバッファ層よりも高屈折率であることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the optical device according to the first or second aspect, a buffer layer having a refractive index lower than that of the optical waveguide is provided between the optical waveguide and the light introducing means. The light introducing means has a higher refractive index than the buffer layer.

この発明によれば、屈折率の低いバッファ層を介してエバネセント成分が光導入手段と結合するようになるので、光導波路を伝搬する光(信号光)のうち適度な量だけをモニタ光として取り出し、信号光に対する損失の増加を抑えることが可能となる。すなわち、バッファ層の屈折率、膜厚、結合長(光導波路と接している部分の長さ)を適宜設計することで、光導入手段に取り込まれる光の量を調整することができる。   According to the present invention, since the evanescent component is coupled to the light introducing means via the buffer layer having a low refractive index, only an appropriate amount of light (signal light) propagating through the optical waveguide is extracted as monitor light. Thus, it is possible to suppress an increase in loss with respect to signal light. That is, by appropriately designing the refractive index, film thickness, and coupling length (length of the portion in contact with the optical waveguide) of the buffer layer, the amount of light taken into the light introducing means can be adjusted.

本発明によれば、光導波路を伝搬する光の強度を効率良くモニタすることが可能となる。その結果、例えば光強度変調器における変調動作点のバイアス調整を高い精度で実現することができる。   According to the present invention, it is possible to efficiently monitor the intensity of light propagating through an optical waveguide. As a result, for example, the bias adjustment of the modulation operation point in the light intensity modulator can be realized with high accuracy.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図1と図2は、本発明の一実施形態による光デバイスの構成を示したものであり、図1は光デバイスの概略的な外観図、図2は光導波路の伝搬方向(P方向)に沿った断面図である。なお、図1では簡単化のため、バッファ層(バッファ層103およびモニタ部バッファ層203)を省略して描いている。本実施形態において、光デバイスは、LN基板を用いた光導波路素子10にモニタ部20を実装して構成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 and 2 show a configuration of an optical device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a schematic external view of the optical device, and FIG. 2 is a propagation direction (P direction) of the optical waveguide. FIG. In FIG. 1, the buffer layers (the buffer layer 103 and the monitor buffer layer 203) are omitted for simplification. In the present embodiment, the optical device is configured by mounting a monitor unit 20 on an optical waveguide element 10 using an LN substrate.

光導波路素子10は、LN基板101と、LN基板101上にチタン(Ti)の熱拡散によって形成された光導波路102と、光導波路102に変調電界を印加するための電極104と、光導波路102を伝搬する光波が電極104によって吸収損失を受けることを防止するための酸化シリコン(SiO)のバッファ層103とを有している。 The optical waveguide element 10 includes an LN substrate 101, an optical waveguide 102 formed on the LN substrate 101 by thermal diffusion of titanium (Ti), an electrode 104 for applying a modulation electric field to the optical waveguide 102, and an optical waveguide 102. And a buffer layer 103 of silicon oxide (SiO 2 ) for preventing the light wave propagating through the electrode 104 from receiving absorption loss by the electrode 104.

光導波路102の導波路パターンは、ここでは図1に示すように直線導波路であるとして説明するが、他の構成の導波路とすることもできる。例えば、マッハツェンダー型の光導波路でもよい。電極104下部の光導波路102には、変調電界を受け電気光学効果による屈折率変化が誘起されて、その部分を通過する光波に位相変化が与えられる。電極104の材質や膜厚、電極形状等の構成は、光導波路素子10の機能、特性に応じて周知の技術を用い設計される事項であるので、ここでは詳細を省略する。   Here, the waveguide pattern of the optical waveguide 102 is described as being a straight waveguide as shown in FIG. 1, but may be a waveguide having another configuration. For example, a Mach-Zehnder type optical waveguide may be used. The optical waveguide 102 below the electrode 104 receives a modulated electric field, induces a refractive index change due to the electro-optic effect, and gives a phase change to the light wave passing through that portion. The configuration of the electrode 104, such as the material, film thickness, and electrode shape, is a matter designed using a well-known technique in accordance with the function and characteristics of the optical waveguide element 10, and therefore will not be described in detail here.

バッファ層103は、LN基板101の表面全体にわたって所定の膜厚で形成されている。その膜厚は、上記の通り電極104で光波の吸収損失が起きないように十分な厚さの膜厚(〜数μm)が選ばれる。但し、モニタ部20を実装する部分については、後述するようにこのモニタ部20への光の取り込み量を最適化する膜厚で形成されている(この部分のバッファ層をモニタ部バッファ層203と呼ぶことにする)。   The buffer layer 103 is formed with a predetermined film thickness over the entire surface of the LN substrate 101. The film thickness is selected to be sufficiently thick (up to several μm) so that light wave absorption loss does not occur in the electrode 104 as described above. However, the portion where the monitor unit 20 is mounted is formed with a film thickness that optimizes the amount of light taken into the monitor unit 20 as will be described later (the buffer layer in this portion is referred to as the monitor unit buffer layer 203). I will call it).

モニタ部20は、モニタリングされた光を検出する光検出器204と、光導波路102を伝搬する光のエバネセント成分を取り込み光検出器204へ導く光導入部201で構成される。   The monitor unit 20 includes a photodetector 204 that detects the monitored light and a light introducing unit 201 that takes in an evanescent component of the light propagating through the optical waveguide 102 and guides it to the photodetector 204.

光導入部201は、ブロック状の光学媒質であり、その屈折率がモニタ部バッファ層203の屈折率よりも高い値を有する材質が選択される。例えば、本光デバイスでは上記の通りモニタ部バッファ層203としてSiOを用いているが、その屈折率nSiO2は1.5程度であり、光導入部201には屈折率が3.5程度であるシリコン(Si)が用いられる。なお、光導入部201内の屈折率分布は一様であるものとする(すなわち内部に光導波路は形成されておらず、光は自由伝搬するものとする)。 The light introducing unit 201 is a block-shaped optical medium, and a material having a refractive index higher than that of the monitor unit buffer layer 203 is selected. For example, in the present optical device, SiO 2 is used as the monitor unit buffer layer 203 as described above, but the refractive index n SiO 2 is about 1.5, and the refractive index of the light introducing unit 201 is about 3.5. Some silicon (Si) is used. It is assumed that the refractive index distribution in the light introducing portion 201 is uniform (that is, no optical waveguide is formed inside and light propagates freely).

光導入部201の底面と上面は信号光の波長(例えばλ=1.55μm)程度以下の表面粗さで光学研磨されており、底面がモニタ部バッファ層203の表面と接するよう光導入部201が設置される。また、上面には光検出器204が受光面205を基板側に向けたフェースダウンで載置される。光導入部201の高さは、光路変換部202の高さよりも高いことが必要であるが、高さの上限値は特に存在しないので任意に設定してよい。   The bottom surface and top surface of the light introducing portion 201 are optically polished with a surface roughness of about the wavelength of signal light (for example, λ = 1.55 μm) or less, and the light introducing portion 201 is in contact with the surface of the monitor portion buffer layer 203. Is installed. On the upper surface, the photodetector 204 is placed face down with the light receiving surface 205 facing the substrate. The height of the light introduction unit 201 needs to be higher than the height of the optical path conversion unit 202, but there is no particular upper limit value for the height, and it may be set arbitrarily.

光導入部201の底面には、導波路伝搬方向(図2中P方向)と垂直の向きにV溝が形成されており、伝搬方向に対して手前側(図2では左側)の斜面が光路変換部202として機能する。具体的には、光導波路102からモニタ部バッファ層203を通って光導入部201へ進入してきたエバネセント成分は、光導入部201内を進入角(導波路伝搬方向Pとのなす角で定義する)5度程度で自由伝搬し、光路変換部202のV溝斜面に入射する。そして、この光路変換部202で反射されることによって、その進行方向が光検出器204の位置する上方(基板と垂直方向)に折り曲げられる。   A V-groove is formed on the bottom surface of the light introducing portion 201 in a direction perpendicular to the waveguide propagation direction (P direction in FIG. 2), and the slope on the front side (left side in FIG. 2) is the optical path. It functions as the conversion unit 202. Specifically, the evanescent component that has entered the light introducing unit 201 from the optical waveguide 102 through the monitor unit buffer layer 203 is defined by the angle of entry (the angle formed with the waveguide propagation direction P) in the light introducing unit 201. ) Freely propagates at about 5 degrees and enters the V-groove slope of the optical path conversion unit 202. Then, by being reflected by the optical path conversion unit 202, the traveling direction is bent upward (perpendicular to the substrate) where the photodetector 204 is located.

したがって、光路変換部202(斜面)の傾斜角は、光路変換後の光の伝搬方向が上方すなわち受光面205を向くよう、基板面に対し40〜45度程度の角度とすることが望ましい。但し、光検出器204の受光面205は一定の広がりを持っているので、この受光面205に光路変換後の光が入射され得る傾斜角であれば十分である。すなわち、受光面205の開口と光導入部201の高さを考慮して光路変換部202の傾斜角を設定することができる。   Accordingly, it is desirable that the inclination angle of the optical path conversion unit 202 (slope) is set to an angle of about 40 to 45 degrees with respect to the substrate surface so that the propagation direction of the light after the optical path conversion is upward, that is, toward the light receiving surface 205. However, since the light receiving surface 205 of the photodetector 204 has a certain spread, it is sufficient if the inclination angle is such that light after the optical path conversion can enter the light receiving surface 205. That is, the inclination angle of the optical path conversion unit 202 can be set in consideration of the opening of the light receiving surface 205 and the height of the light introducing unit 201.

また、上記形成されたV溝部分には、空気、または所定の接着剤が充填される。これらを充填せず真空としてもよい。但し、接着剤を用いる場合、その屈折率は光導入部201よりも低い屈折率とする。   The formed V-groove portion is filled with air or a predetermined adhesive. A vacuum may be used without filling them. However, when an adhesive is used, the refractive index thereof is lower than that of the light introducing portion 201.

このV溝部分に充填する媒質によっては、この媒質と光導入部201の境界面である光路変換部202において、入射してくるエバネセント成分に対して全反射条件が満たされるようにすることができる。全反射条件が満たされている場合には、入射光は100%反射されて光検出器204へ入力されるので、モニタ効率を格段に向上させることができる。   Depending on the medium filled in the V-groove portion, the total reflection condition can be satisfied with respect to the incident evanescent component in the optical path conversion unit 202 which is a boundary surface between the medium and the light introducing unit 201. . When the total reflection condition is satisfied, the incident light is reflected 100% and input to the photodetector 204, so that the monitoring efficiency can be greatly improved.

例えば、光導入部201を上記例示したSi(屈折率nSi=3.5)で構成し、V溝部分に空気(屈折率nair=1)を充填した場合には、光路変換部202において全反射が生じる最小の入射角である臨界角θは、
θ=sin−1(nair/nSi)≒17(度)
である。したがって、上述のように光路変換部202の基板面に対する傾斜角を40〜45度としたとき、光路変換部202へのエバネセント成分の入射角は臨界角より大きくなるので全反射が生じ、光検出器204で効率的にモニタ光を捉えることができる。
For example, in the case where the light introducing unit 201 is configured by Si exemplified above (refractive index n Si = 3.5) and the V groove portion is filled with air (refractive index n air = 1), in the optical path converting unit 202 The critical angle θ c, which is the minimum incident angle where total reflection occurs, is
θ c = sin −1 (n air / n Si ) ≈17 (degrees)
It is. Therefore, when the inclination angle of the optical path conversion unit 202 with respect to the substrate surface is 40 to 45 degrees as described above, the incident angle of the evanescent component to the optical path conversion unit 202 is larger than the critical angle, so that total reflection occurs, and light detection The monitor 204 can capture the monitor light efficiently.

本実施形態の光デバイスにおいて、光導入部201の下部に設けられているモニタ部バッファ層203は、光導入部201と結合され取り込まれるエバネセント成分の量を調整する役割を持っている。すなわち、仮にモニタ部バッファ層203が存在せず、光導波路102と光導入部201が直接接していたとすると、光導入部201下部の光導波路102では伝搬モード光の強度分布が屈折率のより高い光導入部201側へ片寄ることとなって、光導入部201と結合する光の量が増加する。しかしこれは光導波路102を伝搬する信号光から見れば伝搬損失が増えることを意味するので好ましくない。   In the optical device of the present embodiment, the monitor unit buffer layer 203 provided below the light introducing unit 201 has a role of adjusting the amount of the evanescent component that is combined with the light introducing unit 201 and taken in. That is, if the monitor buffer layer 203 does not exist and the optical waveguide 102 and the light introducing portion 201 are in direct contact, the intensity distribution of the propagation mode light is higher in the refractive index in the optical waveguide 102 below the light introducing portion 201. The amount of light combined with the light introducing portion 201 increases due to the deviation toward the light introducing portion 201 side. However, this means that the propagation loss increases when viewed from the signal light propagating through the optical waveguide 102, which is not preferable.

一方、モニタ部バッファ層203(材質をSiOとすると屈折率はnSiO2=1.5<n)を設けた場合には、伝搬モード光の強度分布は屈折率の低いモニタ部バッファ層203によって光導入部201側への片寄りが抑制され、光導入部201へ滲み出すエバネセント成分が低減する。この効果は、モニタ部バッファ層203の屈折率と膜厚と結合長とを制御することで調整可能である。したがって、光モニタに必要な光量に応じてこれらのパラメータを設計することによって、信号光の伝搬損失が最小限に抑えられる。 On the other hand, when the monitor part buffer layer 203 is provided (when the material is SiO 2 , the refractive index is n SiO2 = 1.5 <n e ), the intensity distribution of the propagation mode light has a low refractive index. This suppresses the displacement toward the light introducing portion 201 and reduces the evanescent component that oozes out to the light introducing portion 201. This effect can be adjusted by controlling the refractive index, the film thickness, and the coupling length of the monitor unit buffer layer 203. Therefore, by designing these parameters according to the amount of light required for the optical monitor, the propagation loss of signal light can be minimized.

このように本実施形態によれば、光導入部201へ取り込まれたエバネセント成分が、V溝の斜面(光路変換部202)で全反射によってその光路を基板101に垂直な方向に折り曲げられ、光検出器204に受光される。これにより、信号光から取り出したエバネセント成分を途中で散逸させることなく、モニタ光として高効率に利用することが可能である。   As described above, according to the present embodiment, the evanescent component taken into the light introducing unit 201 is bent in the direction perpendicular to the substrate 101 by the total reflection on the slope of the V groove (optical path conversion unit 202), and the light The light is received by the detector 204. Thus, the evanescent component extracted from the signal light can be used as monitor light with high efficiency without being dissipated in the middle.

また、本実施形態ではさらに、光導波路102からエバネセント成分として光導入部201へ滲み出す光の量がモニタ部バッファ層203によって調整される。これにより、モニタリングの感度の向上と信号光の伝搬損失の低減を両立した、優れた光デバイスを実現することができる。   Further, in this embodiment, the amount of light that oozes out from the optical waveguide 102 to the light introducing portion 201 as an evanescent component is adjusted by the monitor portion buffer layer 203. Thereby, it is possible to realize an excellent optical device that achieves both improvement in monitoring sensitivity and reduction in propagation loss of signal light.

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、光路変換部202で全反射条件が満たされない場合に、V溝斜面に金属膜や誘電体多層膜の反射膜を形成し、光路変換部202での反射率を高めるようにすることも可能である。
As described above, the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the above, and various design changes and the like can be made without departing from the scope of the present invention. It is possible to
For example, when the total reflection condition is not satisfied by the optical path conversion unit 202, a reflective film of a metal film or a dielectric multilayer film can be formed on the slope of the V groove to increase the reflectance at the optical path conversion unit 202. It is.

また、モニタ部バッファ層203は、光導入部201を基板表面に接着するための接着剤で代用することもできるし、SiO等のバッファ層と接着剤との複合構造とすることもできる。但し、この接着剤は上述した光学特性を有することが必要である。
接着剤をモニタ部バッファ層203(若しくはその一部)に用いる場合には、光導入部201へ滲み出すエバネセント成分の量を調整する当該接着剤の膜厚を制御するため、光導入部201との間にスペーサ層を設けることが望ましい。例えば、0.1〜1μmの所定膜厚に金(Au)薄膜を形成してスペーサ層とし、スペーサ層の無い部分に接着剤が充填されるようにする。このAu薄膜は光導波路素子10側の表面に形成されていてもよいし、光導入部201の底面側に形成されていてもよい。また、Au薄膜の面積を調整することで、エバネセント成分と接着剤との結合長を制御してもよい。
Moreover, the monitor part buffer layer 203 can be substituted with an adhesive for adhering the light introducing part 201 to the surface of the substrate, or a composite structure of a buffer layer such as SiO 2 and an adhesive. However, this adhesive must have the optical characteristics described above.
When an adhesive is used for the monitor part buffer layer 203 (or a part thereof), the light introduction part 201 and the light introduction part 201 are controlled in order to control the film thickness of the adhesive that adjusts the amount of the evanescent component that exudes to the light introduction part 201. It is desirable to provide a spacer layer between them. For example, a gold (Au) thin film is formed in a predetermined film thickness of 0.1 to 1 μm to form a spacer layer, and an adhesive is filled in a portion without the spacer layer. This Au thin film may be formed on the surface on the optical waveguide element 10 side, or may be formed on the bottom surface side of the light introducing portion 201. Further, the bond length between the evanescent component and the adhesive may be controlled by adjusting the area of the Au thin film.

また、光路変換部202は、基板に対して所定の傾斜角を持った斜面であればV溝以外の構造で形成されていてもよく、例えば、ピラミッド状(四角錐状)に形成されたピットの一斜面で構成することもできる。   Further, the optical path changing unit 202 may be formed in a structure other than the V-groove as long as it has a predetermined inclination angle with respect to the substrate. For example, a pit formed in a pyramid shape (a quadrangular pyramid shape). It can also consist of one slope.

次に、図2および図3を参照して、本発明の一実施例を説明する。
図3は、光SSB変調器にモニタ部を複数実装した、本発明の実施例に係る光デバイスの平面構成を示したものである。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 shows a planar configuration of an optical device according to an embodiment of the present invention in which a plurality of monitor units are mounted on the optical SSB modulator.

光SSB変調器30は、メインマッハツェンダー光導波路301の両アームにそれぞれサブマッハツェンダー光導波路302a、302bを設け、これら各サブマッハツェンダー光導波路302a、302bで互いの位相差がπ/2である変調信号による強度変調を行うとともに、各マッハツェンダー光導波路にバイアス電界を印加してそれぞれの変調動作点がサブマッハツェンダー光導波路302a、302bでは位相差π、メインマッハツェンダー光導波路301では位相差π/2または−π/2となるように駆動を行う光変調器である。このような駆動方法によって、変調により発生するサイドバンドの片方のみを出力するSSB(Single Side Band)変調が行われる。   The optical SSB modulator 30 is provided with sub-Mach-Zehnder optical waveguides 302a and 302b on both arms of the main Mach-Zehnder optical waveguide 301, respectively, and the phase difference between the sub-Mach-Zehnder optical waveguides 302a and 302b is π / 2. In addition to performing intensity modulation by the modulation signal, a bias electric field is applied to each Mach-Zehnder optical waveguide, and each modulation operating point has a phase difference π in the sub-Mach-Zehnder optical waveguides 302a and 302b, and a phase difference π in the main Mach-Zehnder optical waveguide 301. It is an optical modulator that is driven so as to be / 2 or -π / 2. By such a driving method, SSB (Single Side Band) modulation for outputting only one of the sidebands generated by the modulation is performed.

上記のSSB変調を精度良く行うためには、バイアス制御による変調動作点の調整を正確に行う必要がある。そこで、本実施例では、図3に示すように各マッハツェンダー光導波路の出力部直後にそれぞれモニタ部20を設けている。   In order to perform the SSB modulation with high accuracy, it is necessary to accurately adjust the modulation operation point by bias control. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, the monitor unit 20 is provided immediately after the output unit of each Mach-Zehnder optical waveguide.

本実施例に係る光デバイスの製造方法は次の通りである。
LN基板101の表面にレジストを塗布し露光現像により図3の光導波路パターンを形成する。そして表面全面にチタン(Ti)を蒸着法によって膜厚800Å堆積させ、リフトオフによって光導波路パターンの部分を残してチタンを除去する。その後、基板全体を1000℃で10時間加熱し、光導波路パターンのチタンを基板内部に熱拡散させる。これにより、光SSB変調器の光導波路102が形成される。
The manufacturing method of the optical device according to this example is as follows.
A resist is applied to the surface of the LN substrate 101, and the optical waveguide pattern shown in FIG. 3 is formed by exposure and development. Then, 800 nm of titanium (Ti) is deposited on the entire surface by vapor deposition, and the titanium is removed by lift-off leaving the portion of the optical waveguide pattern. Thereafter, the entire substrate is heated at 1000 ° C. for 10 hours to thermally diffuse the optical waveguide pattern titanium into the substrate. Thereby, the optical waveguide 102 of the optical SSB modulator is formed.

さらに、LN基板101の表面全面に、バッファ層103としてSiOを膜厚1μm形成する。そして、図3に示す3箇所のモニタ部20設置部分のバッファ層103を膜厚0.1〜0.5μmとなるまでエッチングして、モニタ部バッファ層203を形成する。
その後、電解メッキ法により金(Au)を膜厚30μm堆積させ、所定の変調電極およびバイアス電極を形成する。なお、簡単化のため図3ではこれら電極を省略している。
Further, a SiO 2 film having a thickness of 1 μm is formed as the buffer layer 103 on the entire surface of the LN substrate 101. Then, the buffer layer 103 at the three monitor unit 20 installation portions shown in FIG. 3 is etched to a film thickness of 0.1 to 0.5 μm to form the monitor unit buffer layer 203.
Thereafter, gold (Au) is deposited to a thickness of 30 μm by electrolytic plating to form predetermined modulation electrodes and bias electrodes. For simplicity, these electrodes are omitted in FIG.

一方、光導入部201は、基板厚0.25mmのSi基板にV溝を形成した後、所定の寸法に切り出してチップ化することによって作製する。ここでは、一辺400μmの正方形の形状とし、一辺300μmのPD(フォトダイオード)チップ(光検出器204)が載せられるようにした。
また、V溝の形成にはダイシング加工を利用し、V溝斜面の傾斜角は45度とした。なお、ダイシング加工の他、異方性ケミカルエッチングなどの周知技術を適用することもできる。
On the other hand, the light introducing part 201 is manufactured by forming a V-groove in a Si substrate having a substrate thickness of 0.25 mm and then cutting out into a predetermined dimension to form a chip. Here, a square shape with a side of 400 μm was used, and a PD (photodiode) chip (photodetector 204) with a side of 300 μm was placed.
Further, dicing was used to form the V groove, and the inclination angle of the V groove slope was 45 degrees. In addition to the dicing process, a known technique such as anisotropic chemical etching can also be applied.

こうして得られた光導入部201のチップを、上記光SSB変調器30のモニタ部バッファ層203の上にV溝部を下側にして載置する。さらに光導入部201の上に光検出器204をフェースダウンで載置する。これら各部の固定には、波長1.5μmの光に対して透明な接着剤を用いる。   The chip of the light introducing unit 201 thus obtained is placed on the monitor unit buffer layer 203 of the optical SSB modulator 30 with the V-groove portion on the lower side. Further, the photodetector 204 is placed face down on the light introducing unit 201. For fixing these parts, an adhesive that is transparent to light having a wavelength of 1.5 μm is used.

以上により、モニタ部20を各マッハツェンダー光導波路の出力部に実装した光SSB変調器30が完成する。この光SSB変調器30は、メインおよびサブマッハツェンダー光導波路301、302a、302bの出力を個別にモニタすることで、フィードバックによるバイアス制御を行い、高精度なSSB変調を実現できる。   Thus, the optical SSB modulator 30 in which the monitor unit 20 is mounted on the output unit of each Mach-Zehnder optical waveguide is completed. The optical SSB modulator 30 performs bias control by feedback by separately monitoring the outputs of the main and sub Mach-Zehnder optical waveguides 301, 302a, and 302b, and can realize highly accurate SSB modulation.

本発明の一実施形態による光デバイスの外観図である。1 is an external view of an optical device according to an embodiment of the present invention. 図1の光デバイスの断面構成図である。It is a cross-sectional block diagram of the optical device of FIG. 光SSB変調器にモニタ部を実装した光デバイスの一実施例である。It is one Example of the optical device which mounted the monitor part in the optical SSB modulator. 従来のモニタ付光導波路型素子の断面構成図である。It is a cross-sectional block diagram of the conventional optical waveguide device with a monitor.

符号の説明Explanation of symbols

10…光導波路素子 20…モニタ部 30…光SSB変調器 101…LN基板 102…光導波路 103…バッファ層 104…電極 200…エバネセント成分導入層 201…光導入部 202…光路変換部 203…モニタ部バッファ層 204…光検出器 205…受光面

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Optical waveguide element 20 ... Monitor part 30 ... Optical SSB modulator 101 ... LN board | substrate 102 ... Optical waveguide 103 ... Buffer layer 104 ... Electrode 200 ... Evanescent component introduction | transduction layer 201 ... Light introduction part 202 ... Optical path conversion part 203 ... Monitor part Buffer layer 204... Photodetector 205.

Claims (2)

基板上に光導波路が形成された光導波路素子と、
前記光導波路を伝搬する光のエバネセント成分と光学的な結合が生じるように前記基板表面に配置された光学媒質で構成され、前記結合された光を取り込んで光検出手段へと導く光導入手段と、
前記光導波路および前記光導入手段の両方に接して前記光導波路と前記光導入手段との間に設けられ、前記光導波路よりも低屈折率かつ前記光導入手段よりも低屈折率のバッファ層と、
前記光導入手段へ取り込まれた光を反射させてその光路を光検出手段の受光面の方向に変換する光路変換手段と、
光路変換後の光を受光する前記光検出手段と、
を有し、
前記光導入手段を構成する前記光学媒質の材質はシリコンであり、
前記光路変換手段は前記光導入手段の前記バッファ層側の面に形成されたV溝の斜面である
ことを特徴とする光デバイス。
An optical waveguide element having an optical waveguide formed on a substrate;
A light introducing means configured of an optical medium disposed on the surface of the substrate so as to be optically coupled with an evanescent component of light propagating through the optical waveguide, and taking the coupled light and guiding it to a light detecting means; ,
A buffer layer in contact with both of the optical waveguide and the light introducing means, provided between the optical waveguide and the light introducing means, and having a lower refractive index than the optical waveguide and a lower refractive index than the light introducing means; ,
An optical path converting means for reflecting the light taken into the light introducing means and converting the optical path thereof toward the light receiving surface of the light detecting means;
The light detection means for receiving the light after the optical path conversion;
I have a,
The material of the optical medium constituting the light introducing means is silicon,
The optical device is characterized in that the optical path changing means is a slope of a V-groove formed on the surface of the light introducing means on the buffer layer side .
前記V溝は異方性ケミカルエッチングにより形成されたものであることを特徴とする請求項1に記載の光デバイス。 The optical device according to claim 1, wherein the V groove is formed by anisotropic chemical etching .
JP2006096593A 2006-03-31 2006-03-31 Optical device Expired - Fee Related JP4987335B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006096593A JP4987335B2 (en) 2006-03-31 2006-03-31 Optical device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006096593A JP4987335B2 (en) 2006-03-31 2006-03-31 Optical device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007271850A JP2007271850A (en) 2007-10-18
JP4987335B2 true JP4987335B2 (en) 2012-07-25

Family

ID=38674714

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006096593A Expired - Fee Related JP4987335B2 (en) 2006-03-31 2006-03-31 Optical device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4987335B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7977529B2 (en) 2004-11-03 2011-07-12 Fred Bergman Healthcare Pty Ltd. Incontinence management system and diaper
JP2009186577A (en) * 2008-02-04 2009-08-20 Oki Semiconductor Co Ltd Optical integrated circuit, optoelectronic integrated circuit, and method of manufacturing the same

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0792350A (en) * 1993-09-24 1995-04-07 Hitachi Ltd Spacing amount measuring device
JP2001215371A (en) * 2000-02-04 2001-08-10 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd Optical waveguide type element with monitor
JP2003295000A (en) * 2002-03-29 2003-10-15 Ngk Insulators Ltd Optical device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007271850A (en) 2007-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4911529B2 (en) Light modulator
EP2015112B1 (en) Optical waveguide device
JP6056800B2 (en) Light modulator
US9025241B2 (en) Gain medium providing laser and amplifier functionality to optical device
CN103582842B (en) Optical modulator, optical pickup and optical modulator module
US8265443B2 (en) Optical waveguide device
JP4792494B2 (en) Light modulator
JP2015138145A (en) Optical modulator
KR101129223B1 (en) All optical logic device and optical modulator using surface plasmon resonance
JP4987335B2 (en) Optical device
WO2008038795A1 (en) Optical device and optical device manufacturing method
US7764851B2 (en) Optical modulators
US20090269017A1 (en) Optical waveguide device
KR102299974B1 (en) Stress-tuned planar lightwave circuit and method therefor
JPH10260328A (en) Optical modulating element
JP3932276B2 (en) Multi-channel optical modulator with output optical monitor
CN107229140B (en) Optical modulator
JP6237160B2 (en) Optical waveguide device
JP4917977B2 (en) Optical modulator with monitor photodetector
JP4536679B2 (en) Optical waveguide type optical modulator and optical waveguide type optical modulator with output light monitor
CN115047563B (en) Waveguide integrated optical assembly
KR101068747B1 (en) Optical module and method for fabricating the same
JP3887552B2 (en) Wavelength management apparatus and optical modulator management method
CN115032741A (en) Waveguide and optical chip comprising same
JP2013174850A (en) Optical modulator with monitor photodetector

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080729

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100413

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100420

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100621

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100713

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100913

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20110222

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110523

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20110527

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20110826

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120425

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4987335

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150511

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees