JP5463832B2

JP5463832B2 - 光変調器

Info

Publication number: JP5463832B2
Application number: JP2009228602A
Authority: JP
Inventors: 哲及川; 泰弘石川; 勝利近藤
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2029-09-30
Also published as: JP2011075920A

Description

本発明は、光変調器に関し、特に、複数の光導波路を伝播する光波を合波する合波部を有し該合波部からの出力光を外部に導出する構成を有する光変調器に関する。

光通信分野や光計測分野において、ニオブ酸リチウムなどの電気光学効果を有する基板を用いた光変調器が多用されている。これらの光変調器は、電気光学効果を有する基板上に光導波路と該光導波路を伝播する光波を変調するための変調電極が形成されている。

光変調器を構成する光導波路には、マッハツェンダー型導波路という干渉光学系が利用され、複数の光導波路（分岐導波路）を伝播する光波を合波するための合波部と、基板外に信号光（合波光）を取り出すための該合波部から伸びる出力用導波路が設けられている。

また、合波部では、複数の光波が干渉するため、高次モード光が発生し、出力用導波路の両側に２つの放射光が基板内に放出される。これらの放射光は、光変調器のドリフト現象を抑制するため、バイアス制御で使用する検知信号としても用いられる。

光変調器を構成する基板の端部では、出力用導波路から出射する信号光と、２つの放射光とが近接して存在するため、両者を混在しないように分離することが不可欠となる。特許文献１では、出力用導波路を曲げ放射光との干渉を抑制する提案がなされている。

また、特許文献２では、基板の端部における光波の反射を抑制するため、基板内の光導波路と光ファイバーとの屈折率差を利用して、スネルの法則を満たすように、基板端部での光導波路を曲げることも提案されている。

他方、光変調器の駆動電圧の低減を目的として、基板の厚みを３０μｍ以下とする光変調器も提案されている。このような光変調器では、基板の厚さ方向による光の閉じ込めが強い反面、基板の横方向においては光の閉じ込め力が弱く、放射光は、横方向に広がった偏平状で伝播している。

この結果、基板端面では、信号光と放射光とが一部重なり合い、消光比の劣化や、放射光をモニタする際に信号光と放射光との間に位相差が生じるなどの不具合が顕在化しており、信号光と放射光との分離は、より重要な問題となっている。

国際公開（ＷＯ）２００５／１２４４３８特開２００６−４７９５６号公報

本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、信号光と放射光とを確実に分離することが可能な光変調器を提供することである。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された光導波路と、該光導波路を伝播する光波を変調するための変調電極とを有する光変調器において、該光導波路は、複数の光導波路を伝播する光波を合波するための合波部と、該合波部から基板端部まで導出される出力用導波路とを少なくとも有し、該出力用導波路が形成される部分の該基板の厚みは、４〜３０μｍの厚さであり、該合波部から放出される２つの放射光は、スラブ導波路又は三次元導波路により該基板端部まで前記４〜３０μｍの厚さである該基板内部を伝搬し導出され、該出力用導波路は、該合波部から放出される放射光が該基板端部に至るまでの光路を横切り、該基板端部における前記２つの放射光の外側に該出力用導波路の端部が配置され、該出力用導波路と該放射光との交差角度の小さい方の角度が３度以上であることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光変調器において、該放射光を検出する受光手段は、該出力用導波路の端部より離れている位置にある放射光を検出するよう配置されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明により、電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された光導波路と、該光導波路を伝播する光波を変調するための変調電極とを有する光変調器において、該光導波路は、複数の光導波路を伝播する光波を合波するための合波部と、該合波部から基板端部まで導出される出力用導波路とを少なくとも有し、該出力用導波路が形成される部分の該基板の厚みは、４〜３０μｍの厚さであり、該合波部から放出される２つの放射光は、スラブ導波路又は三次元導波路により該基板端部まで前記４〜３０μｍの厚さである該基板内部を伝搬し導出され、該出力用導波路は、該合波部から放出される放射光が該基板端部に至るまでの光路を横切り、該基板端部における前記２つの放射光の外側に該出力用導波路の端部が配置され、該出力用導波路と該放射光との交差角度の小さい方の角度が３度以上であるため、出力用導波路が放射光の伝播光路を横切る際に、放射光が出力用導波路に再結合することを抑制し、信号光と放射光とを確実に分離することが可能な光変調器を提供することが可能となる。しかも、本発明は、出力用導波路の形状のみを調整するだけで良く、製造工程の複雑化や、製造コストの増加の心配もない。

しかも、出力用導波路が形成される部分の基板の厚みは、４〜３０μｍの厚さであるため、放射光が基板内を偏平状に伝播し、信号光と放射光とが混在し易い場合でも、本発明を適用することで、信号光と放射光とを確実に分離することが可能となる。また、基板の厚さは、基板の強度の観点から最低の厚さを４μｍとした。

請求項２に係る発明により、放射光を検出する受光手段は、出力用導波路の端部より離れている位置にある放射光を検出するよう配置されているため、当該受光手段に出力用導波路から出射する信号光が入射することを、確実に防止することが可能となる。

本発明の光変調器を示す概略図である。

以下、本発明の光変調器について、以下に詳細に説明する。
図１は本発明の光変調器の一例を示す概略図であり、光変調器を上方から見た平面図である。ただし、光導波路の形状等を見やすくするため、変調電極は図示されていない。

本発明の光変調器は、電気光学効果を有する基板１と、該基板上に形成された光導波路（２〜４）と、該光導波路を伝播する光波を変調するための変調電極とを有する光変調器において、該光導波路は、複数の光導波路２を伝播する光波を合波するための合波部３と、該合波部から基板端部１０まで導出される出力用導波路４とを少なくとも有し、該合波部から放出される２つの放射光５はスラブ導波路又は三次元導波路により該基板端部１０まで導出され、該出力用導波路４は、該合波部から放出される放射光５が該基板端部１０に至るまでの光路を横切り、該基板端部１０における前記２つの放射光５の外側に該出力用導波路の端部が配置され、該出力用導波路と該放射光との交差角度の小さい方の角度θが３度以上であることを特徴とする。

図１における、符号６は入力用光ファイバー、符号７は出力用光ファイバー、符号８は放射光を検知する受光手段である。図１の光導波路はマッハツェンダー型導波路を例示しているが、本発明はこれに限定されるものでは無く、複数の光導波路を伝播する光波を合波する合波部があり、該合波部から信号光（合波光）を基板外に導出するための出力用導波路を有するものであれば、本発明の構成が適用可能である。

図１において、放射光は、基板のスラブ導波路を利用して伝播しているが、三次元導波路を用いて伝搬するよう構成しても良い。スラブ導波路の場合には、放射光は伝搬するに従いビーム径（スポット径）が徐々に大きくなる。このため、本発明における出力用導波路と放射光との交差する角度θの定義が曖昧となる。このような場合には、広がった放射光の中で、出力用導波路に再結合すると、消光比の劣化などの不具合の原因となるような光強度を有する光波に着目し、当該光波と出力用導波路との交差角度の小さい方の角度が全て３度以上となるよう設定する。なお、角度θを決める際の出力用光導波路４の方向は、交差点における当該導波路の接線方向９を用いる。

図１に示すような、本発明の光変調器により、出力用導波路が放射光の伝播光路を横切る際に、放射光が出力用導波路に再結合することを抑制し、信号光と放射光とを確実に分離することが可能となる。しかも、本発明は、出力用導波路の形状のみを調整するだけで良く、製造工程の複雑化や、製造コストの増加の心配もない。

本発明の光変調器に使用する電気光学効果を有する基板材料としては、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）、及び石英系の材料及びこれらの組み合わせが利用可能である。特に、電気光学効果の高いニオブ酸リチウム（ＬＮ）結晶が好適に利用される。

本発明の光変調器は、信号光と放射光とを確実に分離することが可能であるため、特に、出力用導波路が形成される部分の基板の厚みが、４〜３０μｍの厚さを有する薄板を利用した光変調器に、好適に利用できる。これらの薄板では、放射光が基板内を偏平状に伝播し、信号光と放射光とが混在し易いが、出力用導波路と放射光との交差角度の小さい方の角度が３度以上に保つことで、信号光と放射光とを確実に分離できる。

電気光学効果を有する基板に光導波路を形成する方法としては、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、光導波路以外の基板をエッチングしたり、光導波路の両側に溝を形成するなど、基板に光導波路に対応する部分を凸状としたリッジ形状の導波路を利用することも可能である。

上述の交差角度θの条件を検証するため、基板の厚みが８μｍのＬＮ基板に、Ｔｉ拡散により、Ｘ字状のクロス導波路を形成し、一方の導波路から光波を入射し、当該導波路を直進し他端で出射する光波の消光比を測定した。光のモード径を１０μｍとし、交差角度θは、２．４，２．８，３，４、及び５度で設定した。測定結果を表１に示す。

表１を見ると、交差する角度θが浅くなると、導波路同士のクロストーク（干渉）現象が生じ、消光比が劣化することが分かる。一般的な光変調器では、消光比の使用限界は１０ｄＢであることから、角度θが３度以上であると、消光比が１０ｄＢ以上となる。なお、表１の「評価」欄には、消光比１０ｄＢ以上のものを適正（○）とし、それ以外を不適正（×）と表示した。

変調電極の形成方法は、Ｔｉ・Ａｕの電極パターンを形成し、その上に金メッキ方法などで電極を形成することが可能である。さらに、必要に応じて光導波路形成後の基板表面に誘電体ＳｉＯ_２等のバッファ層を設け、バッファ層の上に変調電極を形成することも可能である。

本発明の光変調器においては、図１に示すように、放射光５を検出する受光手段８は、出力用導波路４の端部より離れている位置にある放射光５を検出するよう配置されている。これにより、受光手段８に出力用導波路４から出射する信号光が入射することを、確実に防止でき、放射光のみを確実に検出することが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、信号光と放射光とを確実に分離することが可能な光変調器を提供することができる。

１基板
２光導波路（分岐導波路）
３光導波路（合波部）
４光導波路（出力用導波路）
５放射光
６入射用光ファイバー
７出射用光ファイバー
８受光手段
９出力用導波路の接線方向
１０基板端部

Claims

電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された光導波路と、該光導波路を伝播する光波を変調するための変調電極とを有する光変調器において、
該光導波路は、複数の光導波路を伝播する光波を合波するための合波部と、該合波部から基板端部まで導出される出力用導波路とを少なくとも有し、
該出力用導波路が形成される部分の該基板の厚みは、４〜３０μｍの厚さであり、
該合波部から放出される２つの放射光は、スラブ導波路又は三次元導波路により該基板端部まで前記４〜３０μｍの厚さである該基板内部を伝搬し導出され、
該出力用導波路は、該合波部から放出される放射光が該基板端部に至るまでの光路を横切り、該基板端部における前記２つの放射光の外側に該出力用導波路の端部が配置され、
該出力用導波路と該放射光との交差角度の小さい方の角度が３度以上であることを特徴とする光変調器。
請求項１に記載の光変調器において、該放射光を検出する受光手段は、該出力用導波路の端部より離れている位置にある放射光を検出するよう配置されていることを特徴とする光変調器。