JP6233480B1

JP6233480B1 - 光変調器

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Publication number: JP6233480B1
Application number: JP2016183268A
Authority: JP
Inventors: 信太郎竹内; 吉田　寛彦; 寛彦吉田; 嘉伸久保田; 土居　正治; 正治土居; 康弘大森
Original assignee: Fujitsu Optical Components Ltd
Current assignee: Fujitsu Optical Components Ltd
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2016-09-20
Publication date: 2017-11-22
Anticipated expiration: 2036-09-20
Also published as: US20180081251A1; JP2018049072A; US10303036B2

Abstract

【課題】基板の長手方向のサイズを小型化しつつ、光特性の劣化を抑える。【解決手段】光変調器は、基板と、基板に形成された光導波路群とを有する光変調器である。光導波路群は、一対の中継光導波路と、一対の第１のマッハツェンダ型光導波路と、一対の第２のマッハツェンダ型光導波路とを有する。一対の中継光導波路は、光の入力用の光導波路から分岐する。一対の第１のマッハツェンダ型光導波路は、一対の中継光導波路に接続され、入力端が基板の長手方向において互いにずれた位置に配置される。一対の第２のマッハツェンダ型光導波路は、各第１のマッハツェンダ型光導波路の一対の分岐導波路に形成され、入力端が各分岐導波路の分岐点となる入力端を通過し且つ基板の長手方向に延びる直線を基準として対称の位置に配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、光変調器に関する。

近年の光伝送システムの大容量化に伴い、光変調器を搭載する光伝送装置では、変調速度の高速化と共に、構成の大規模化が進みつつある。このため、光変調器では、光変調を行うための複数のマッハツェンダ（Mach-Zehnder）型光導波路（以下「ＭＺ型光導波路」と記す）を光導波路群として１つの基板に集積し、小型化を図ることが望ましい。

複数のＭＺ型光導波路を光導波路群として１つの基板に集積する光変調器では、複数のＭＺ型光導波路が基板上に並列に形成される。すなわち、光の入力用の光導波路から一対の中継光導波路が分岐され、一対の中継光導波路に一対の第１のＭＺ型光導波路が接続され、各第１のＭＺ型光導波路の一対の分岐導波路（以下「アーム」と記す）に一対の第２のＭＺ型光導波路が形成される。ただし、複数のＭＺ型光導波路が基板上に形成された光変調器では、一対の中継光導波路の長さや、各第１のＭＺ型光導波路の一対のアームの長さを確保するために、基板の長手方向のサイズが増大してしまう。

これに対して、複数のＭＺ型光導波路（つまり、一対の第１のＭＺ型光導波路及び一対の第２のＭＺ型光導波路）の入力端を基板の長手方向において互いにずれた位置に配置する構造が知られている。複数のＭＺ型光導波路の入力端を基板の長手方向において互いにずれた位置に配置した場合、一対の中継光導波路の長さや、各第１のＭＺ型光導波路の一対のアームの長さがある程度抑えられるので、基板の長手方向のサイズを小型化することが可能となる。

特開２０１０−１８５９７８号公報

しかしながら、複数のＭＺ型光導波路の入力端を基板の長手方向において互いにずれた位置に配置する構造では、基板の長手方向のサイズを小型化することが可能となるものの、消光比等の光特性の劣化を抑えることが困難であるという問題があった。

すなわち、複数のＭＺ型光導波路の入力端を基板の長手方向において互いにずれた位置に配置する構造では、各第１のＭＺ型光導波路の一対のアームに形成された一対の第２のＭＺ型光導波路が互いに非対称の位置に配置される。このため、各第１のＭＺ型光導波路の一対のアーム間において、光損失の差分が発生し、結果として、光変調器全体における消光比等の光特性が劣化してしまう恐れがあった。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、基板の長手方向のサイズを小型化しつつ、光特性の劣化を抑えることができる光変調器を提供することを目的とする。

本願の開示する光変調器は、一つの態様において、基板と、前記基板に形成された光導波路群とを有する光変調器である。前記光導波路群は、一対の中継光導波路と、一対の第１のマッハツェンダ型光導波路と、一対の第２のマッハツェンダ型光導波路とを有する。前記一対の中継光導波路は、光の入力用の光導波路から分岐する。前記一対の第１のマッハツェンダ型光導波路は、前記一対の中継光導波路に接続され、入力端が前記基板の長手方向において互いにずれた位置に配置される。前記一対の第２のマッハツェンダ型光導波路は、前記各第１のマッハツェンダ型光導波路の一対の分岐導波路に形成され、入力端が前記各分岐導波路の分岐点となる入力端を通過し且つ前記基板の長手方向に延びる直線を基準として対称の位置に配置される。

本願の開示する光変調器の一つの態様によれば、基板の長手方向のサイズを小型化しつつ、光特性の劣化を抑えることができるという効果を奏する。

図１は、本実施例の光変調器の構成例を示す平面図である。図２は、変形例１の光変調器の構成例を示す平面図である。図３は、変形例２の光変調器の構成例を示す平面図である。

以下に、本願の開示する光変調器の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により開示技術が限定されるものではない。

図１は、本実施例の光変調器の構成例を示す平面図である。図１に示す光変調器は、基板１０と、基板１０に形成された光導波路群２０とを有する。以下の説明では、基板１０の長手方向を「ｘ方向」と記し、「ｘ方向」に垂直な方向をｙ方向と記す。

基板１０は、電気光学効果を有する材料により形成される。電気光学効果を有する材料としては、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬＮ：Lithium Niobate）が用いられる。

光導波路群２０は、例えば、基板１０の一部にチタン（Ｔｉ）等の金属膜を形成し熱拡散することによって形成される。また、光導波路群２０上には図示しない複数の電極が設けられる。光導波路群２０は、光源からの光を伝搬しつつ、複数の電極に供給される電気信号に基づく光変調を行う。

光導波路群２０は、図１に示すように、入力用光導波路２１と、一対の中継光導波路２２、２３と、一対の第１のＭＺ型光導波路２４、２５と、一対の第２のＭＺ型光導波路２６、２７と、一対の第２のＭＺ型光導波路２８、２９とを有する。

入力用光導波路２１は、光の入力用の導波路である。

一対の中継光導波路２２、２３は、入力用光導波路２１から分岐する。一対の中継光導波路２２、２３は、略Ｓ字状に湾曲している。

一対の第１のＭＺ型光導波路２４、２５は、一対の中継光導波路２２、２３に接続される。一対の第１のＭＺ型光導波路２４、２５の入力端２４ａ、２５ａは、基板１０の長手方向（つまり、ｘ方向）において互いにずれた位置に配置される。図１の例では、第１のＭＺ型光導波路２４の入力端２４ａは、ｘ方向において、相対的に入力用光導波路２１に近い位置に配置され、第１のＭＺ型光導波路２５の入力端２５ａは、ｘ方向において、相対的に入力用光導波路２１から遠い位置に配置される。ここで、中継光導波路２２の曲率及び中心角をそれぞれＲ_ｘ、θ_ｘとし、中継光導波路２３の曲率及び中心角をそれぞれＲ_ｙ、θ_ｙとする。この場合、一対の第１のＭＺ型光導波路２４、２５の入力端２４ａ、２５ａは、例えばＲ_ｘ＝Ｒ_ｙ及びθ_ｘ＜θ_ｙという関係が成立するように、ｘ方向において互いにずれた位置に配置される。一対の第１のＭＺ型光導波路２４、２５の入力端２４ａ、２５ａがｘ方向において互いにずれた位置に配置されることにより、一対の中継光導波路２２、２３の長さがある程度抑えられる。その結果、基板１０の長手方向（つまり、ｘ方向）のサイズを小型化することが可能となる。

また、第１のＭＺ型光導波路２４の一対のアームにおいて各アームの分岐点となる入力端２４ａから一対の第２のＭＺ型光導波路２６、２７の入力端２６ａ、２７ａに至る部分は、略Ｓ字状に湾曲している。また、第１のＭＺ型光導波路２５の一対のアームにおいて各アームの分岐点となる入力端２５ａから一対の第２のＭＺ型光導波路２８、２９の入力端２８ａ、２９ａに至る部分は、略Ｓ字状に湾曲している。

また、一対の第１のＭＺ型光導波路２４、２５の各々の一対のアームは、後述される直線Ｌ１又は直線Ｌ２を基準として対称の位置に配置される。

一対の第２のＭＺ型光導波路２６、２７は、第１のＭＺ型光導波路２４の一対のアームに形成される。一対の第２のＭＺ型光導波路２６、２７の入力端２６ａ、２７ａは、第１のＭＺ型光導波路２４の各アームの分岐点となる入力端２４ａを通過し且つ基板１０の長手方向（つまり、ｘ方向）に延びる直線Ｌ１を基準として対称の位置に配置される。言い換えると、一対の第２のＭＺ型光導波路２６、２７の入力端２６ａ、２７ａは、直線Ｌ１に沿った、入力端２４ａと入力端２６ａとの間の距離が、直線Ｌ１に沿った、入力端２４ａと入力端２７ａとの間の距離に等しくなるように、配置される。ここで、第１のＭＺ型光導波路２４の上段のアームにおいて入力端２４ａから第２のＭＺ型光導波路２６の入力端２６ａに至る部分の曲率及び中心角をそれぞれＲ_ｉ１、θ_ｉ１とする。また、第１のＭＺ型光導波路２４の下段のアームにおいて入力端２４ａから第２のＭＺ型光導波路２７の入力端２７ａに至る部分の曲率及び中心角をそれぞれＲ_ｑ１、θ_ｑ１とする。この場合、一対の第２のＭＺ型光導波路２６、２７の入力端２６ａ、２７ａは、例えばＲ_ｉ１＝Ｒ_ｑ１及びθ_ｉ１＝θ_ｑ１という関係が成立するように、直線Ｌ１を基準として対称の位置に配置される。一対の第２のＭＺ型光導波路２６、２７の入力端２６ａ、２７ａが直線Ｌ１を基準として対称の位置に配置されることにより、第１のＭＺ型光導波路２４の一対のアーム間において光損失の差分が低減される。このため、第１のＭＺ型光導波路２４の一対のアームの合流点となる出力端２４ｂにおいて効率的な光合成が行われる。その結果、光変調器全体における消光比等の光特性の劣化が抑えられる。

また、一対の第２のＭＺ型光導波路２６、２７の出力端２６ｂ、２７ｂは、直線Ｌ１を基準として対称の位置に配置される。一対の第２のＭＺ型光導波路２６、２７の出力端２６ｂ、２７ｂが直線Ｌ１を基準として対称の位置に配置されることにより、第１のＭＺ型光導波路２４の一対のアーム間において光損失の差分が更に低減される。このため、第１のＭＺ型光導波路２４の一対のアームの合流点となる出力端２４ｂにおいてより効率的な光合成が行われる。その結果、光変調器全体における消光比等の光特性の劣化がより一層抑えられる。

一対の第２のＭＺ型光導波路２８、２９は、第１のＭＺ型光導波路２５の一対のアームに形成される。一対の第２のＭＺ型光導波路２８、２９の入力端２８ａ、２９ａは、第１のＭＺ型光導波路２５の各アームの分岐点となる入力端２５ａを通過し且つ基板１０の長手方向（つまり、ｘ方向）に延びる直線Ｌ２を基準として対称の位置に配置される。言い換えると、一対の第２のＭＺ型光導波路２８、２９の入力端２８ａ、２９ａは、直線Ｌ２の方向において入力端２５ａと入力端２８ａとの間の距離が入力端２５ａと入力端２９ａとの間の距離に等しくなるように、配置される。ここで、第１のＭＺ型光導波路２５の上段のアームにおいて入力端２５ａから第２のＭＺ型光導波路２８の入力端２８ａに至る部分の曲率及び中心角をそれぞれＲ_ｉ２、θ_ｉ２とする。また、第１のＭＺ型光導波路２５の下段のアームにおいて入力端２５ａから第２のＭＺ型光導波路２９の入力端２９ａに至る部分の曲率及び中心角をそれぞれＲ_ｑ２、θ_ｑ２とする。この場合、一対の第２のＭＺ型光導波路２８、２９の入力端２８ａ、２９ａは、例えばＲ_ｉ２＝Ｒ_ｑ２及びθ_ｉ２＝θ_ｑ２という関係が成立するように、直線Ｌ２を基準として対称の位置に配置される。一対の第２のＭＺ型光導波路２８、２９の入力端２８ａ、２９ａが直線Ｌ２を基準として対称の位置に配置されることにより、第１のＭＺ型光導波路２５の一対のアーム間において光損失の差分が低減される。このため、第１のＭＺ型光導波路２５の一対のアームの合流点となる出力端２５ｂにおいて効率的な光合成が行われる。その結果、光変調器全体における消光比等の光特性の劣化が抑えられる。

また、一対の第２のＭＺ型光導波路２８、２９の出力端２８ｂ、２９ｂは、直線Ｌ２を基準として対称の位置に配置される。一対の第２のＭＺ型光導波路２８、２９の出力端２８ｂ、２９ｂが直線Ｌ２を基準として対称の位置に配置されることにより、第１のＭＺ型光導波路２５の一対のアーム間において光損失の差分が更に低減される。このため、第１のＭＺ型光導波路２５の一対のアームの合流点となる出力端２５ｂにおいてより効率的な光合成が行われる。その結果、光変調器全体における消光比等の光特性の劣化がより一層抑えられる。

以上説明したように、本実施例の光変調器は、基板１０と、基板１０に形成された光導波路群２０とを有する。光導波路群２０は、一対の中継光導波路２２、２３と、一対の第１のＭＺ型光導波路２４、２５と、一対の第２のＭＺ型光導波路２６、２７とを有する。一対の中継光導波路２２、２３は、入力用光導波路２１から分岐する。一対の第１のＭＺ型光導波路２４、２５は、一対の中継光導波路２２、２３に接続され、入力端２４ａ、２５ａが基板１０の長手方向（つまり、ｘ方向）において互いにずれた位置に配置される。一対の第２のＭＺ型光導波路２６、２７は、各一対の第１のＭＺ型光導波路（例えば、第１のＭＺ型光導波路２４）の一対の光分岐導波路（アーム）に形成される。一対の第２のＭＺ型光導波路２６、２７の入力端２６ａ、２７ａは、第１のＭＺ型光導波路２４の各アームの分岐点となる入力端２４ａを通過し且つ基板１０の長手方向に延びる直線Ｌ１を基準として対称の位置に配置される。

この光変調器の構成により、基板１０の長手方向のサイズを小型化しつつ、光特性の劣化を抑えることができる。

（変形例）
なお、上記実施例では、一対の第１のＭＺ型光導波路２４、２５の各々の一対のアームは、直線Ｌ１又は直線Ｌ２を基準として対称の位置に配置される例を示したが、開示技術はこれに限定されない。例えば、図２に示すように、一対の第２のＭＺ型光導波路２６、２７の入力端２６ａ、２７ａが直線Ｌ１を基準として対称の位置に配置されていれば、第１のＭＺ型光導波路２４の一対のアームは、直線Ｌ１を基準として非対称の位置に配置されても良い。また、一対の第２のＭＺ型光導波路２８、２９の入力端２８ａ、２９ａが直線Ｌ２を基準として対称の位置に配置されていれば、第１のＭＺ型光導波路２５の一対のアームは、直線Ｌ２を基準として非対称の位置に配置されても良い。このような変形例では、第１のＭＺ型光導波路２４の一対のアームは、互いに異なる曲率及び中心角を有するものとしても良い。また、第１のＭＺ型光導波路２５の一対のアームも、互いに異なる曲率及び中心角を有するものとしても良い。なお、図２は、変形例１の光変調器の構成例を示す平面図である。

また、上記実施例では、直線Ｌ１と直線Ｌ２とが共に基板１０の長手方向（つまり、ｘ方向）に延びる例を示したが、直線Ｌ１と直線Ｌ２とが基板１０の長手方向に含まれ、且つ互いに異なる２つの方向に延びても良い。図３は、変形例２の光変調器の構成例を示す平面図である。図３において、第１のＭＺ型光導波路２４の各アームの分岐点となる入力端２４ａへの光の入射方向と、第１のＭＺ型光導波路２５の各アームの分岐点となる入力端２５ａへの光の入射方向とは、基板１０の長手方向に含まれ、且つ互いに異なる。かかる場合、直線Ｌ１は、第１のＭＺ型光導波路２５の各アームの分岐点となる入力端２４ａへの光の入射方向に延び、直線Ｌ２は、第１のＭＺ型光導波路２５の各アームの分岐点となる入力端２５ａへの光の入射方向に延びる。図３に示した構成においても、一対の第２のＭＺ型光導波路２６、２７の入力端２６ａ、２７ａは、直線Ｌ１を基準として対称の位置に配置され、一対の第２のＭＺ型光導波路２８、２９の入力端２８ａ、２９ａは、直線Ｌ２を基準として対称の位置に配置される。これにより、基板１０の長手方向のサイズを小型化しつつ、光特性の劣化を抑えることができる。

１０基板
２０光導波路群
２１入力用光導波路
２２、２３中継光導波路
２４、２５第１のＭＺ型光導波路
２４ａ、２５ａ、２６ａ、２７ａ、２８ａ、２９ａ入力端
２４ｂ、２５ｂ、２６ｂ、２７ｂ、２８ｂ、２９ｂ出力端
２６、２７、２８、２９第２のＭＺ型光導波路
Ｌ１直線
Ｌ２直線

Claims

基板と、前記基板に形成された光導波路群とを有する光変調器であって、
前記光導波路群は、
光が入力される入力光導波路と、
前記入力光導波路から分岐された第１の中継光導波路及び第２の中継光導波路と、
前記第１の中継光導波路及び前記第２の中継光導波路に接続され、入力端が前記基板の長手方向において互いにずれた位置に配置された一対の第１のマッハツェンダ型光導波路と、
前記各第１のマッハツェンダ型光導波路の一対の分岐導波路に形成され、入力端が前記各分岐導波路の分岐点となる入力端を通過し且つ前記基板の長手方向に延びる直線を基準として対称の位置に配置された一対の第２のマッハツェンダ型光導波路と
を有し、
前記第１の中継光導波路が、第１の曲率Ｒｘ及び第１の中心角θｘを有する曲線が組み合わされたＳ字状或いは逆Ｓ字状の経路に沿って配置され、
前記第２の中継光導波路が、第２の曲率Ｒｙ及び第２の中心角θｙを有する曲線が組み合わされたＳ字状或いは逆Ｓ字状の経路に沿って配置され、
前記第１の曲率Ｒｘと前記第２の曲率ＲｙとはＲｘ＝Ｒｙの関係にあり、前記第１の中心角θｘと前記第２の中心角θｙとはθｘ＜θｙの関係にある
ことを特徴とする光変調器。
前記一対の第２のマッハツェンダ型光導波路の出力端は、前記直線を基準として対称の位置に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
前記各第１のマッハツェンダ型光導波路の一対の分岐導波路は、前記直線を基準として対称の位置に配置されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光変調器。