JP7218652B2 - light control element - Google Patents
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Description
本発明は、光制御素子に関し、特に、光入射部及び光出射部を有する基板と光変調部を有する基板とを分離した光制御素子に関する。 The present invention relates to a light control element, and more particularly to a light control element in which a substrate having a light entrance section and a light exit section is separated from a substrate having a light modulation section.
次世代の光ファイバー通信で用いられる光変調器は、多値変調に利用されるため、小型で低光損失であることに加えて、出力される光信号の消光比（ＯＮ／ＯＦＦ消光比）も高いことが必要になる。光変調器などの小型化を実現する上で、低駆動電圧化のために光と電界の重なり効率を向上させた、薄板構造の光変調器が提案されている。 Optical modulators used in next-generation optical fiber communications are used for multi-level modulation, so in addition to being compact and having low optical loss, the extinction ratio (ON/OFF extinction ratio) of the output optical signal is also high. high is required. In order to reduce the size of optical modulators and the like, optical modulators with a thin plate structure have been proposed in which the efficiency of overlapping of light and an electric field is improved in order to reduce driving voltage.
従来の薄板構造の光変調器は、図１及び２に示すように、ニオブ酸リチウム（LN)等の基板１を２０μｍ以下の厚みに薄板化すると共に、該基板１に光導波路２を形成している。図１は、光制御素子である光変調器の平面図であり、変調電極等の電極は、簡略化のため省略している。図２は、図１の側面図である。薄板となる基板１は、接着層３を介して保持基板１０に接合されている。Ｌｉｎは入射光、Ｌｏｕｔは出射光を示す。
As shown in FIGS. 1 and 2, a conventional optical modulator having a thin plate structure has a
基板１に形成された光導波路２に光波が入射する入射部や、光導波路２から光波が出射する出射部は、光変調部が形成された基板１と同一基板上に形成されている。例えば、光ファイバーと入射部のモードフィールド径のミスマッチによる迷光や、光変調器をＯＦＦ状態にした際に光変調部（マッハツェンダー型光導波路の合波部）から発生する放射光は、光導波路が形成されている薄板構造の基板１の内部に残留する。これらの迷光や放射光などの不要光が、出射部から出射した出力光と一緒に出力用光ファイバーに入射するため、ＯＦＦ状態の信号レベルを十分に下げられないという問題が発生している。また、不要光が光変調部を構成する光導波路に入射し、変調信号を劣化させるなどの不具合も生じている。
An incident portion where a light wave enters the
薄板である基板１から迷光や放射光の除去するため、特許文献１では、基板の表面に一部に高屈折率部材を配置したり、特許文献２や特許文献３では、不要光用導波路を基板に形成することなどが開示されている。
In order to remove stray light and radiated light from the
しかしながら、複数のマッハツェンダー型光導波路を入れ子状に組み込んだネスト型光導波路のように、多くのマッハツェンダー型光導波路を集積化した光変調器では、迷光や放射光などの不要光を完全に除去することは困難である。しかも、高周波変調を行う光変調器などでは、わずかな不要光が光変調部の信号光や出力光に混入することによって、変調信号の特性が大きく劣化するという問題がある。 However, optical modulators that integrate many Mach-Zehnder optical waveguides, such as a nested optical waveguide that incorporates multiple Mach-Zehnder optical waveguides, completely eliminate unwanted light such as stray light and radiated light. It is difficult to remove. Moreover, in optical modulators that perform high-frequency modulation, there is a problem that characteristics of the modulated signal are significantly degraded when a small amount of unnecessary light is mixed into the signal light and the output light of the optical modulation section.
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、不要光が光変調部や出力光に混入することを抑制し、光変調信号の消光比等の特性を改善した光制御素子を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to solve the above-mentioned problems, suppress the mixing of unnecessary light into the optical modulation section and the output light, and improve the characteristics such as the extinction ratio of the optical modulation signal. It is to provide the element.
上記課題を解決するため、本発明の光制御素子は、以下の技術的特徴を有する。
（１） 第１の基板が石英系材料又はニオブ酸リチウムであり、前記第１の基板の一面に第１の光導波路が形成され、前記第１の基板の端には、前記第１の光導波路へ光を入射する入射部と前記第１の光導波路から光を出射する出射部とが設けられ、第２の基板がニオブ酸リチウムであり、前記第２の基板の一面に第２の光導波路が形成され、前記第２の基板には、前記第２の光導波路を伝搬する光を変調する光変調部を備え、前記第１の基板の前記一面上に前記第２の基板を配置し、両基板が互いに直接接合しており、前記第２の基板の厚みが２０μｍ以下であり、前記第１の基板の厚みは前記第２の基板の厚みより厚くなるように設定され、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との並進部において、両者が光結合しており、該並進部には、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間に、前記第１の光導波路よりも高い屈折率を有する高屈折率層が配置されていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the light control element of the present invention has the following technical features.
(1) A first substrate is made of quartz-based material or lithium niobate, a first optical waveguide is formed on one surface of the first substrate, and the first optical waveguide is formed at an end of the first substrate. An input portion for inputting light to a waveguide and an output portion for outputting light from the first optical waveguide are provided, a second substrate is lithium niobate, and a second optical waveguide is provided on one surface of the second substrate. A wave path is formed, the second substrate is provided with an optical modulator that modulates light propagating through the second optical waveguide, and the second substrate is arranged on the one surface of the first substrate. , both substrates are directly bonded to each other , the thickness of the second substrate is 20 μm or less, the thickness of the first substrate is set to be greater than the thickness of the second substrate, and the first and the second optical waveguide are optically coupled at the translational portion of the optical waveguide and the second optical waveguide, and the translational portion includes the second A high refractive index layer having a refractive index higher than that of one optical waveguide is disposed .
（２） 上記（１）に記載の光制御素子において、該並進部では、前記第１の光導波路の端部又は前記第２の光導波路の端部の少なくとも一方には、光導波路の先端に向かって光導波路の幅が徐々に狭くなるテーパ構造が形成されていることを特徴とする。 ( 2 ) In the light control element according to (1 ) above, at least one of the end portion of the first optical waveguide and the end portion of the second optical waveguide in the translation portion is provided at the tip of the optical waveguide. It is characterized by forming a tapered structure in which the width of the optical waveguide gradually narrows.
（３） 上記（１）又は（２）に記載の光制御素子において、該並進部では、前記第１の基板又は前記第２の基板の少なくとも一方には、周期的な屈折率の構造が形成されていることを特徴とする。 ( 3 ) In the light control element according to (1) or (2) above, in the translation portion, at least one of the first substrate and the second substrate has a periodic refractive index structure. characterized by being
（４） 上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の光制御素子において、前記第１の基板又は前記第２の基板のいずれかに、光制御用の直交バイアス電極を設けることを特徴とする。 ( 4 ) The light control element according to any one of (1) to ( 3 ) above, wherein orthogonal bias electrodes for light control are provided on either the first substrate or the second substrate. and
（５） 上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の光制御素子において、前記第２の基板の該並進部には、光結合用の電極を設けることを特徴とする。
（６） 上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の光制御素子において、前記第２の基板の端は、前記第１の基板の該入射部が形成された端から前記第１の基板の内側方向に離れた位置に配置されていることを特徴とする。
( 5 ) The light control element according to any one of (1) to ( 4 ) above, wherein the translating portion of the second substrate is provided with an electrode for optical coupling.
(6) In the light control element according to any one of (1) to (5) above, the edge of the second substrate extends from the edge of the first substrate where the incident portion is formed to the first substrate. It is characterized in that they are arranged at positions spaced apart in the inner direction of the substrate.
本発明は、第１の基板が石英系材料又はニオブ酸リチウムであり、前記第１の基板の一面に第１の光導波路が形成され、前記第１の基板の端には、前記第１の光導波路へ光を入射する入射部と前記第１の光導波路から光を出射する出射部とが設けられ、第２の基板がニオブ酸リチウムであり、前記第２の基板の一面に第２の光導波路が形成され、前記第２の基板には、前記第２の光導波路を伝搬する光を変調する光変調部を備え、前記第１の基板の前記一面上に前記第２の基板を配置し、両基板が互いに直接接合しており、前記第２の基板の厚みが２０μｍ以下であり、前記第１の基板の厚みは前記第２の基板の厚みより厚くなるように設定され、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との並進部において、両者が光結合しており、該並進部には、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間に、前記第１の光導波路よりも高い屈折率を有する高屈折率層が配置されているため、不要光が光変調部や出力光に混入することを抑制され、光変調信号の消光比等の特性を改善した光制御素子を提供することが可能となる。 According to the present invention, a first substrate is made of quartz-based material or lithium niobate, a first optical waveguide is formed on one surface of the first substrate, and the first optical waveguide is formed at an end of the first substrate. An incident portion for injecting light into the optical waveguide and an exit portion for emitting light from the first optical waveguide are provided, a second substrate is lithium niobate, and a second substrate is provided on one surface of the second substrate. An optical waveguide is formed, the second substrate is provided with an optical modulation section that modulates light propagating through the second optical waveguide, and the second substrate is arranged on the one surface of the first substrate. the two substrates are directly bonded to each other , the thickness of the second substrate is set to 20 μm or less, the thickness of the first substrate is set to be greater than the thickness of the second substrate, and the The first optical waveguide and the second optical waveguide are optically coupled at the translational portion, and the translational portion includes the Since the high-refractive-index layer having a higher refractive index than the first optical waveguide is arranged , unwanted light is suppressed from being mixed into the optical modulation section and the output light, and characteristics such as the extinction ratio of the optical modulation signal are suppressed. An improved light control element can be provided.
以下、本発明の光制御素子について、好適例を用いて詳細に説明する。
本発明の光制御素子は、図３及び４に示すように、第１の基板（１１）の一面に第１の光導波路（２１，２３）が形成され、前記第１の基板の端には、前記第１の光導波路へ光を入射する入射部（２１）、及び前記第１の光導波路から光を出射する出射部（２３）が設けられ、第２の基板（１２）の一面に第２の光導波路（２２）が形成され、前記第２の基板には、前記第２の光導波路を伝搬する光を変調する光変調部を備え、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との並進部（Ｓ１，Ｓ２）において、両者が光結合していることを特徴とする。
Hereinafter, the light control element of the present invention will be described in detail using preferred examples.
As shown in FIGS. 3 and 4, the optical control element of the present invention has a first optical waveguide (21, 23) formed on one surface of a first substrate (11), and an end of the first substrate (11). , an entrance portion (21) for injecting light into the first optical waveguide, and an exit portion (23) for exiting light from the first optical waveguide are provided, and a second substrate (12) is provided on one surface thereof with a second substrate (12). two optical waveguides (22) are formed, the second substrate is provided with an optical modulation section for modulating light propagating in the second optical waveguide, and the first optical waveguide and the second optical waveguide are provided. Both are optically coupled at translational portions (S1, S2) with the wave path.
本発明の光制御素子は、図３に示すように、光の入射部（２１）及び出射部（２３）を有する第１の基板（１１）と、光変調部（図４のマッハツェンダー型光導波路の２つの分岐導波路部分）を有する第２の基板（１２）が分離している。そして、第１の基板（１１）と第２の基板（１２）は、図２のような樹脂等の接着層３を介さず、直接接合で結合され、基板間の光結合（図３の黒塗りの矢印が表示されている部分参照）を利用している。
As shown in FIG. 3, the light control element of the present invention comprises a first substrate (11) having a light entrance portion (21) and a light exit portion (23), and a light modulation portion (Mach-Zehnder type light guide in FIG. 4). A second substrate (12) with two branch waveguide portions of the wave path is separate. The first substrate (11) and the second substrate (12) are directly bonded without an
第１の基板（１１）の入射部（２１）で発生する光ファイバーと入射部のモードフィールド径のミスマッチによる不要光は、第１の基板内を伝搬するため、光変調部がある第２の基板（１２）には伝搬せず、光変調部に不要光が混入することが抑制される。 Unwanted light generated at the incident portion (21) of the first substrate (11) due to the mismatch between the mode field diameters of the optical fiber and the incident portion propagates through the first substrate. It does not propagate to (12), and unwanted light is suppressed from being mixed into the optical modulation section.
また、第１の基板（１１）の入射部で発生した不要光は、基板（１１）の内部（基板の厚み方向）に広がり、図２の基板１（薄板）内を伝搬する不要光よりも、出力光に混入され難い。 In addition, the unnecessary light generated at the incident portion of the first substrate (11) spreads inside the substrate (11) (in the thickness direction of the substrate), and is larger than the unnecessary light propagating in the substrate 1 (thin plate) in FIG. , is less likely to be mixed into the output light.
さらに、第２の基板（１２）の光変調部で発生する変調ＯＦＦ状態に基板内部に残留する不要光は、第１の基板（１１）の出射部（２３）に結合しない構造となっている。 Furthermore, the structure is such that unnecessary light remaining inside the substrate in the OFF state of modulation generated by the light modulating portion of the second substrate (12) is not coupled to the emitting portion (23) of the first substrate (11). .
図１との比較のため、図３の上面図を図４に示す。入射部（２１）と出射部（２３）の近傍において、第１の基板（１１）に形成された光導波路（２１，２３）と第２の基板（１２）に形成された光導波路（２２）とは、並進部（Ｓ１，Ｓ２）において互いに重なり合い、基板間で光結合している。 A top view of FIG. 3 is shown in FIG. 4 for comparison with FIG. Optical waveguides (21, 23) formed on a first substrate (11) and an optical waveguide (22) formed on a second substrate (12) in the vicinity of an incident portion (21) and an exit portion (23) are overlapped with each other at the translational portions (S1, S2) and are optically coupled between the substrates.
第１の基板（１１）として、ガラス基板などの石英系材料を用いた平面光波回路（ＰＬＣ；Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）や、ニオブ酸リチウム材料のＬＮ基板が利用可能である。 As the first substrate (11), a planar lightwave circuit (PLC) using a quartz-based material such as a glass substrate or an LN substrate made of lithium niobate material can be used.
第２の基板（１２）として、電気光学効果を有するニオブ酸リチウム（ＬＮ）材料のＬＮ基板が挙げられる。ＬＮ基板には、コングルエント組成のＬＮの他、光損傷耐性の高い酸化マグネシウムドープ（ＭｇＯドープ）ＬＮが挙げられる。ＬＮ基板に熱拡散やイオン注入などにより金属イオンをドープすることで屈折率を調整することも可能である。 The second substrate (12) includes an LN substrate of lithium niobate (LN) material with an electro-optical effect. Examples of LN substrates include LN having a congruent composition and magnesium oxide-doped (MgO-doped) LN having high optical damage resistance. It is also possible to adjust the refractive index by doping the LN substrate with metal ions by thermal diffusion, ion implantation, or the like.
第２の基板（１２）の厚みは、変調信号のマイクロ波と光波との速度整合を図るため、２０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下に設定される。また、第２の基板（１２）の光変調部の下面側に位置する第１の基板の部分には、第２の基板よりもより低誘電率な材料を配置することが、より好ましい。 The thickness of the second substrate (12) is set to 20 μm or less, more preferably 10 μm or less, in order to achieve velocity matching between the microwaves and light waves of the modulated signal. Further, it is more preferable to dispose a material having a lower dielectric constant than that of the second substrate in the portion of the first substrate located on the lower surface side of the light modulation section of the second substrate (12).
並進部（Ｓ１，Ｓ２）では、近接して配置された導波路間の伝搬距離が完全結合長を満たす場合、光電磁界のエバネッセント結合により、一方の導波路から他方の導波路にパワーが完全に推移する。このため、第１の基板に形成された光導波路（２１）から第２の基板に形成された光導波路（２２）への光結合、及び第２の基板に形成された光導波路（２２）から第１の基板に形成された光導波路（２３）への光結合が可能になる。 In translational sections (S1, S2), if the propagation distance between closely spaced waveguides satisfies the perfect coupling length, the evanescent coupling of the electromagnetic field will fully transfer the power from one waveguide to the other. Transition to. Therefore, optical coupling from the optical waveguide (21) formed on the first substrate to the optical waveguide (22) formed on the second substrate and from the optical waveguide (22) formed on the second substrate Optical coupling to an optical waveguide (23) formed in the first substrate is enabled.
第１の基板（１１）にガラス材料のＰＬＣを用いる場合、ＬＮの屈折率２．２に対してＰＬＣの屈折率は１．５であり、両者の屈折率差が大きいため、光導波路間の伝搬定数も大きく異なる。このため、単純に近接して光導波路を配置しても光結合は生じない。そこで、第１の基板の光導波路よりも高い屈折率材料からなる層を形成することにより、第２の基板に形成された光導波路の伝搬定数を第２の基板に形成された光導波路の伝搬定数に近づけることによって光導波路間の光結合が可能になる。 When PLC made of a glass material is used for the first substrate (11), the refractive index of PLC is 1.5 while the refractive index of LN is 2.2. The propagation constants are also very different. Therefore, optical coupling does not occur even if the optical waveguides are simply arranged close to each other. Therefore, by forming a layer made of a material with a higher refractive index than the optical waveguide of the first substrate, the propagation constant of the optical waveguide formed on the second substrate is reduced to the propagation constant of the optical waveguide formed on the second substrate. By making it close to a constant, optical coupling between optical waveguides becomes possible.
一方、第１の基板（１１）にＬＮを用いる場合、第１の基板に形成された光導波路の伝搬定数と第２の基板に形成された光導波路の伝搬定数が近いため、高屈折率材料からなる層を形成しなくても近接して配置することで光導波路間の光結合が可能である。 On the other hand, when LN is used for the first substrate (11), the propagation constant of the optical waveguide formed on the first substrate and the propagation constant of the optical waveguide formed on the second substrate are close to each other. Optical coupling between the optical waveguides is possible by arranging them close to each other without forming a layer composed of these layers.
図５は、本発明の光制御素子に係る第２の実施例であり、第２の基板（１２）に光制御用の変調電極（ＣＥ）、直交バイアス電極（ＢＥ）及び光導波路（２２）の分岐部（マッハツェンダー型光導波路の分岐部や合波部）を形成したものである。光結合部（Ｓ１，Ｓ２）が光入射部（２１）と光出射部（２３）に限定されるため、光結合部における結合効率がマッハツェンダー型光導波路の両アーム（分岐導波路）間の光強度の差に影響を及ぼすことがないという利点がある。一方、薄板構造である第２の基板（１２）に光分岐部および光変調部を形成するため、高精度なプロセス技術が要求される。 FIG. 5 shows a second embodiment of the light control element of the present invention, in which modulation electrodes (CE) for light control, orthogonal bias electrodes (BE) and optical waveguides (22) are formed on a second substrate (12). (a Mach-Zehnder type optical waveguide branching portion or multiplexing portion) is formed. Since the optical coupling portions (S1, S2) are limited to the light input portion (21) and the light output portion (23), the coupling efficiency at the optical coupling portion is It has the advantage of not affecting differences in light intensity. On the other hand, high-precision process technology is required in order to form the light branching section and the light modulating section on the second substrate (12), which has a thin plate structure.
図６は、本発明の光制御素子に係る第３の実施例であり、第１の基板と第２の基板（１２）に光導波路の分岐を分けて形成したものである。第２の基板（１２）に光制御用の変調電極（ＣＥ）、直交バイアス電極（ＢＥ）および光導波路の分岐部の一部を形成している。光分岐部の一部を、光導波路を高精度で作製可能な第１の基板（ＰＬＣ等）に形成できるという利点がある。 FIG. 6 shows a third embodiment of the light control element of the present invention, in which the first substrate and the second substrate (12) are divided into branched optical waveguides. A modulation electrode (CE) for optical control, an orthogonal bias electrode (BE) and a part of a branch portion of an optical waveguide are formed on a second substrate (12). There is an advantage that a part of the optical branching section can be formed on the first substrate (PLC or the like) that allows the optical waveguide to be manufactured with high accuracy.
図７は、本発明の光制御素子に係る第４の実施例であり、第１の基板に光導波路の全ての分岐部と直交バイアス電極（ＢＥ）を形成し、第２の基板（１２）に光制御用の変調電極（ＣＥ）を形成した構成である。全ての光分岐部を高精度で作製可能な第１の基板（ＰＬＣ等）に形成でいることが利点となる。ただし、直交バイアス電極（ＢＥ）は、熱光学効果によって駆動することが必要になる。薄板構造である第２の基板は、直線の光導波路（２２）と光制御用の変調電極（ＣＥ）のみであるため、図５の構成と比較して、要求されるプロセス技術の難易度が低下するという利点もある。 FIG. 7 shows a fourth embodiment of the light control element of the present invention, in which all branches of an optical waveguide and orthogonal bias electrodes (BE) are formed on a first substrate, and a second substrate (12) is formed. In this configuration, a modulation electrode (CE) for light control is formed on the . An advantage is that all the optical branching units can be formed on the first substrate (PLC or the like) that can be manufactured with high accuracy. However, the orthogonal bias electrodes (BE) need to be driven by the thermo-optic effect. The second substrate, which has a thin plate structure, has only a straight optical waveguide (22) and a modulation electrode (CE) for light control. It also has the advantage of lowering
図８は、本発明の光制御素子に係る第５の実施例を説明する側面図である。第１の基板（１１）と第２の基板（１２）は同一のサイズである必要はなく、第２の基板を小型基板にして、縮小投影型露光や電子線描画などのより高精度なプロセス技術を適用することができる。また、第２の基板は１枚である必要は無く、第１の基板上に複数の第２の基板を並べて配置することも可能である。 FIG. 8 is a side view for explaining a fifth embodiment of the light control element of the present invention. The first substrate (11) and the second substrate (12) do not have to be the same size, the second substrate can be a smaller substrate for more precise processes such as reduced projection exposure and electron beam writing. technology can be applied. Moreover, the number of the second substrate is not necessarily one, and it is possible to arrange a plurality of second substrates side by side on the first substrate.
図９は、本発明の光制御素子に係る第６の実施例であり、第１の基板と第２の基板（１２）の光導波路の並進部における光結合を高効率に行うため、光結合用の電極（ＯＥ）を形成した例を示す。電気光学効果を利用することにより、光導波路の伝搬定数を調整することが可能であるため、高効率に光結合を行うことが可能になる。 FIG. 9 shows a sixth embodiment of the optical control device of the present invention. An example of forming an electrode (OE) for is shown. By utilizing the electro-optic effect, it is possible to adjust the propagation constant of the optical waveguide, so that optical coupling can be performed with high efficiency.
図１０は、本発明の光制御素子に用いられる光導波路間の接続構造（その１）を説明する図であり、低駆動電圧化のために、第２の基板（１２）にミクロンレベルの微細な光導波路（ＷＧ２）を形成した場合の平面図である。低損失な光結合のため、第２の基板に形成された光導波路（ＷＧ２）を光結合部においてテーパ構造（Ｔ２）にしている。 FIG. 10 is a diagram for explaining the connection structure (part 1) between optical waveguides used in the light control element of the present invention. FIG. 10 is a plan view when forming an optical waveguide (WG2). For low-loss optical coupling, the optical waveguide (WG2) formed on the second substrate has a tapered structure (T2) at the optical coupling portion.
図１１は、光導波路間の他の接続構造（その２）を説明する図である。第１の基板（１１）に形成された第１の光導波路（ＷＧ１）から第２の基板（１２）に形成された第２の光導波路（ＷＧ２）への低損失な光結合のために、第１の基板に形成された第１の光導波路（ＷＧ１）を光結合部においてテーパ構造Ｔ１にした構成を示す。テーパ構造にすることで各基板に形成された光導波路のモード移行が円滑になる。 FIG. 11 is a diagram illustrating another connection structure (part 2) between optical waveguides. For low-loss optical coupling from the first optical waveguide (WG1) formed on the first substrate (11) to the second optical waveguide (WG2) formed on the second substrate (12), A configuration is shown in which the first optical waveguide (WG1) formed on the first substrate has a tapered structure T1 at the optical coupling portion. The tapered structure facilitates mode transition of the optical waveguide formed on each substrate.
図１２は、光導波路間の他の接続構造（その３）を説明する図である。第１の基板（１１）に形成された第１の光導波路（２１）から第２の基板（１２）に形成された第２の光導波路（２２）への低損失な光結合、あるいは第２の基板（１２）に形成された第２の光導波路（２２）から第１の基板（１１）に形成された第１の光導波路（２３）への低損失な光結合のために、光結合部において第１の基板の光導波路（２１，２３）よりも高い屈折率材料からなる高屈折率層（４）を形成した構成を示す。第１の光導波路と第２の光導波路の間に高屈折率層を形成することにより、二つの光導波路の伝搬定数差が緩和されるため、光導波路間の光結合が可能になる。 FIG. 12 is a diagram illustrating another connection structure (part 3) between optical waveguides. Low-loss optical coupling from a first optical waveguide (21) formed on a first substrate (11) to a second optical waveguide (22) formed on a second substrate (12), or a second Optical coupling for low-loss optical coupling from the second optical waveguide (22) formed on the substrate (12) to the first optical waveguide (23) formed on the first substrate (11) 1 shows a configuration in which a high refractive index layer (4) made of a material with a higher refractive index than the optical waveguides (21, 23) of the first substrate is formed in the part. By forming a high refractive index layer between the first optical waveguide and the second optical waveguide, the difference in propagation constant between the two optical waveguides is alleviated, thereby enabling optical coupling between the optical waveguides.
図１３は、光導波路感の他の接続構造（その４）を説明する図である。第１の光導波路（ＷＧ１）から第２の光導波路（ＷＧ２）、及び第２の光導波路（ＷＧ２）から第１の光導波路（ＷＧ１）への低損失かつ波長特性の少ない光結合のために、光結合部において周期的な屈折率構造からなるフォトニック結晶構造にした構成を示す。光の禁制帯であるフォトニックバンドギャップを利用することで低損失かつ波長特性に優れた光結合が可能になる。フォトニック結晶構造は、図１３の点線領域Ａの第１の基板又は第２の基板のいずれかに形成することが可能である。 FIG. 13 is a diagram for explaining another connection structure (No. 4) for optical waveguides. For optical coupling with low loss and wavelength characteristics from the first optical waveguide (WG1) to the second optical waveguide (WG2) and from the second optical waveguide (WG2) to the first optical waveguide (WG1) 3 shows a configuration in which a photonic crystal structure having a periodic refractive index structure is used in an optical coupling portion. By utilizing the photonic bandgap, which is the forbidden band of light, optical coupling with low loss and excellent wavelength characteristics becomes possible. The photonic crystal structure can be formed on either the first substrate or the second substrate in the dotted area A of FIG.
以上説明したように、本発明によれば、不要光が光変調部や出力光に混入することを抑制し、光変調信号の消光比等の特性を改善した光制御素子を提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an optical control element that suppresses unwanted light from being mixed into the optical modulation section and the output light, and improves the characteristics such as the extinction ratio of the optical modulation signal. becomes.
１１ 第１の基板
１２ 第２の基板
２１，２３ 第１の光導波路
２２ 第２の光導波路
Ｓ１～Ｓ６ 並進部（光結合部）
ＣＥ 変調電極
ＢＥ 直交バイアス電極
ＯＥ 光結合用電極
11
CE modulation electrode BE orthogonal bias electrode OE optical coupling electrode
Claims (6)
前記第１の基板の端には、前記第１の光導波路へ光を入射する入射部と前記第１の光導波路から光を出射する出射部とが設けられ、
第２の基板がニオブ酸リチウムであり、前記第２の基板の一面に第２の光導波路が形成され、
前記第２の基板には、前記第２の光導波路を伝搬する光を変調する光変調部を備え、
前記第１の基板の前記一面上に前記第２の基板を配置し、両基板が互いに直接接合しており、
前記第２の基板の厚みが２０μｍ以下であり、前記第１の基板の厚みは前記第２の基板の厚みより厚くなるように設定され、
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との並進部において、両者が光結合しており、
該並進部には、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間に、前記第１の光導波路よりも高い屈折率を有する高屈折率層が配置されていることを特徴とする光制御素子。 A first substrate is a quartz-based material or lithium niobate, and a first optical waveguide is formed on one surface of the first substrate,
An input portion for inputting light into the first optical waveguide and an output portion for outputting light from the first optical waveguide are provided at an end of the first substrate,
A second substrate is lithium niobate, a second optical waveguide is formed on one surface of the second substrate,
The second substrate includes an optical modulation section that modulates light propagating through the second optical waveguide,
The second substrate is arranged on the one surface of the first substrate, and both substrates are directly bonded to each other ,
The thickness of the second substrate is 20 μm or less, and the thickness of the first substrate is set to be greater than the thickness of the second substrate,
The first optical waveguide and the second optical waveguide are optically coupled at a translation portion of the second optical waveguide ,
A high refractive index layer having a refractive index higher than that of the first optical waveguide is disposed in the translation portion between the first optical waveguide and the second optical waveguide. light control element.
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