JPH04128714A - Optical controller - Google Patents

Optical controller

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Publication number
JPH04128714A
JPH04128714A JP41136090A JP41136090A JPH04128714A JP H04128714 A JPH04128714 A JP H04128714A JP 41136090 A JP41136090 A JP 41136090A JP 41136090 A JP41136090 A JP 41136090A JP H04128714 A JPH04128714 A JP H04128714A
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JP
Japan
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optical
light
waveguide
substrate
buffer layer
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Pending
Application number
JP41136090A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideaki Hanaoka
花岡 英章
Yasutoshi Komatsu
康俊 小松
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE:To easily obtain the optical controller which is small in size and highly reliable by laminating an optical function element and an electric circuit on a single substrate. CONSTITUTION:On the optical crystal substrate having the optical function element where propagated light in an optical waveguide 2 is controlled electrically, the electric circuit which performs electric control over the optical function element is formed, and a buffer layer 11 is interposed at least at the place where the optical waveguide 2 and the metal clad part 10 of the electric circuit are superposed one over the other. This buffer layer 11 is made of a material which has a lower refractive index than the substrate and has effect for reducing the propagation loss at the metal clad part 10 until the loss can be ignored as compared with the propagation loss of the optical waveguide 2 itself. Consequently, the optical controller which is small in size on the whole and easily manufactured and has superior reliability is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

[0001] [0001]

【産業上の利用分野】[Industrial application field]

本発明は、たとえば光通信システム中の光変調器や光ス
ィッチ等に使用される光制御装置に関する。 [0002]
The present invention relates to an optical control device used for, for example, an optical modulator or an optical switch in an optical communication system. [0002]

【従来の技術】[Conventional technology]

光通信システムは、lN5(総合ネットワークサービス
)通信用、OA (オフィス・オートメーション)、F
A(ファクトリ−・オートメーション)等のコンピュー
タ・データ・ネットワーク用、さらには航空機、船舶等
の移動体通信用等として多方面に応用されつつある。 この光通信システム中の光機能素子として、近年は基板
の表面または内部に形成された所定のパターンに沿って
光を伝搬させることができる三次元導波路型の光機能素
子が広く用いられるようになっており、入力光の強度変
調1周波数変調位相変調等の処理に利用されている。 [0003] ところで、光機能素子は制御用の電気回路と組み合わせ
られることにより、種々のデバイスとして提供される。 光通信システムの受信部における自動利得制御(AGC
)もその−例である。これは、安定した受信動作を実現
するために行われる制御であり、従来はビームスプリッ
タ等の外部光学部品を使用して、入力光または出力光の
強度に依存した光機能素子のフィードフォワード制御も
しくはフィードバック制御が行われている。 [0004] 図4は、光機能素子に対してフィードフォワード制御を
行う場合の制御系を概略的に示すブロック図である。こ
の制御系では、光入力端P、から入射された入n 力先がビームスプリッタ31および集光レンズ32を介
して光機能素子33に入射されると同時に、上記入力光
の一部がビームスプリッタ31によりフォトディテクタ
34にも入射される。上記フォトディテクタ34に入射
した光は、その強度に応じた電気信号(フィードフォワ
ード制御信号)に変換され、さらにアンプ35で増幅さ
れて光機能素子33に送られる。上記光機能素子33は
、上記電気信号に応じて入射光に対する処理量を決定す
る。かかる制御系によれば、入射光の強度が変動した場
合にも常に一定量の処理を経た安定な出力光をコリメー
タレンズ36を介して光出力端P。utから得ることが
できる。 [0005] また、図5は光機能素子に対してフィードバック制御を
行う場合の制御系を示すブロック図である。この制御系
は、前述の図4における光の入出力端を逆としたもので
あり、フォトディテクタ34に入射した光はその強度に
応じて電気信号(フィードバック制御信号)に変換され
る。 [0006] しかし、これらの制御技術においては、ビームスプリッ
タやレンズ等の外部光学部品と光機能素子の間の光軸合
わせが面倒である他、電気信号を生成するための電気回
路は当然ながら光機能素子の形成される基板とは別の基
板上に置かれることとなり、高集積化が期待できない。 これを図6を参照しながら説明する。 [0007] この光制御装置は、マツハツエンダ干渉計型光変調器(
以下、MZ変調器と称する。)を形成した光機能素子と
そのフィードバック制御を行うための電気回路とを相互
に接続してなるものである。 上記光機能素子40は、ニオブ酸リチウム(L 1Nb
O3)基板41上に、光入力端P、に入射される入射光
を光出力端P。utまで導波する導波路42が形成n され、該導波路42は中途部において二分岐され、各分
岐導波路42a、42bの両側および中間部に互いに櫛
型に組み合わされた電極43a、43bが配設されてな
るものである。光出力端P。utから出力された光信号
は光ファイバ44を介して受光素子45に入り、ここで
電気信号に変換された後に電気回路46に入力される。 上記電気回路46は、受光素子45から入力された電気
信号の一部に対して増幅等の所定の処理を行って制御信
号を生成し、これを再び上記電極43a、43bに接続
される電極パッド47a、47bに供給する。これによ
り電極43a、43bの電位が調節され、各分岐導波路
を伝搬する光の位相変調が制御される。このようにして
、MZ変調器から出力された光信号をモニタしながら外
部の電気回路によるフィードバック制御が可能となって
いる。 [0008] 一方、本願出願人は先に特開昭63−71827号公報
において、光機能素子(ここでは光可変減衰器)の主導
波路に一部平行な副導波路を並置することにより形成さ
れる方向性結合器によりフィードフォワード制御信号も
しくはフィードバック制御信号が取り出されるようにな
された光制御装置を開示している。しかしながら、この
技術によれば導波光の一部をモニタ光として取り出す部
分までは光機能素子と同一の基板上に形成されるものの
、取り出されたモニタ光にもとづいて適当な電気信号を
生成するための回路は依然として外部基板上に存在する
。 そこで本発明は、上述の問題を解決し、容易な製造技術
により製造でき、小型で信頼性の高い光制御装置を提供
することを目的とする。 [0009]
Optical communication systems include IN5 (integrated network service) communication, OA (office automation), F
It is being applied in a wide variety of fields, including computer data networks such as A (factory automation), and mobile communications such as aircraft and ships. In recent years, three-dimensional waveguide type optical functional elements that can propagate light along a predetermined pattern formed on or inside a substrate have been widely used as optical functional elements in optical communication systems. It is used for processing such as intensity modulation, single frequency modulation, and phase modulation of input light. [0003] By the way, optical functional elements are provided as various devices by being combined with electric circuits for control. Automatic gain control (AGC) in the receiving section of optical communication systems
) is also an example. This is a control performed to achieve stable reception operation, and conventionally, external optical components such as beam splitters are used to perform feedforward control of optical functional elements depending on the intensity of input light or output light. Feedback control is being performed. [0004] FIG. 4 is a block diagram schematically showing a control system when performing feedforward control on an optical functional element. In this control system, at the same time, a portion of the input light enters the optical functional element 33 via the beam splitter 31 and the condensing lens 32, and at the same time, a portion of the input light enters the optical functional element 33 through the beam splitter 31 and the condenser lens 32. 31, the light is also incident on the photodetector 34. The light incident on the photodetector 34 is converted into an electric signal (feedforward control signal) according to its intensity, further amplified by an amplifier 35, and sent to the optical functional element 33. The optical functional element 33 determines the amount of processing for incident light according to the electrical signal. According to this control system, even if the intensity of the incident light fluctuates, stable output light that has undergone a certain amount of processing is always sent to the light output end P via the collimator lens 36. It can be obtained from ut. [0005] FIG. 5 is a block diagram showing a control system when performing feedback control on the optical functional element. In this control system, the light input/output terminals in FIG. 4 described above are reversed, and the light incident on the photodetector 34 is converted into an electric signal (feedback control signal) according to its intensity. [0006] However, in these control technologies, it is troublesome to align the optical axis between external optical components such as beam splitters and lenses and optical functional elements, and the electric circuit for generating electrical signals naturally Since it will be placed on a different substrate from the substrate on which the functional elements are formed, high integration cannot be expected. This will be explained with reference to FIG. [0007] This optical control device includes a Matsuhatsu Enda interferometer type optical modulator (
Hereinafter, it will be referred to as an MZ modulator. ) and an electric circuit for performing feedback control thereof are interconnected. The optical functional element 40 is made of lithium niobate (L 1Nb
O3) On the substrate 41, the incident light is transmitted to the light input end P and to the light output end P. A waveguide 42 is formed that guides the wave to ut, and the waveguide 42 is branched into two at a midpoint, and electrodes 43a and 43b combined in a comb shape are provided on both sides and in the middle of each branched waveguide 42a and 42b. It is arranged as follows. Optical output end P. The optical signal output from ut enters the light receiving element 45 via the optical fiber 44, where it is converted into an electrical signal and then input to the electrical circuit 46. The electric circuit 46 performs predetermined processing such as amplification on a portion of the electric signal input from the light receiving element 45 to generate a control signal, which is then sent to the electrode pads connected to the electrodes 43a and 43b again. 47a and 47b. As a result, the potentials of the electrodes 43a and 43b are adjusted, and the phase modulation of the light propagating through each branch waveguide is controlled. In this way, feedback control using an external electric circuit is possible while monitoring the optical signal output from the MZ modulator. [0008] On the other hand, the applicant of the present application previously disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-71827 that a sub-waveguide is formed by arranging a sub-waveguide partially parallel to the main waveguide of an optical functional element (in this case, an optical variable attenuator). An optical control device is disclosed in which a feedforward control signal or a feedback control signal is extracted by a directional coupler. However, according to this technology, although the part that extracts part of the guided light as monitor light is formed on the same substrate as the optical functional element, it is necessary to generate an appropriate electrical signal based on the extracted monitor light. circuitry still resides on the external board. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide a light control device that can be manufactured using easy manufacturing techniques, is small, and has high reliability. [0009]

【課題を解決するための手段】[Means to solve the problem]

本発明にかかる光制御装置は上述の目的を達成するため
に提案されるものであり、光導波路の伝搬光が電気的に
制御される光機能素子を有する光学結晶基板上に該光機
能素子の電気的制御を行うための電気回路が形成されて
なり、少なくとも前記光導波路と前記電気回路の金属ク
ラッド部とが重なる部位においてバッファ層が介在され
てなることを特徴とするものである。 [0010]
An optical control device according to the present invention is proposed to achieve the above-mentioned object, and includes an optical functional element on an optical crystal substrate having an optical functional element, in which light propagating through an optical waveguide is electrically controlled. An electric circuit for performing electrical control is formed, and a buffer layer is interposed at least in a portion where the optical waveguide and the metal cladding portion of the electric circuit overlap. [0010]

【作用】[Effect]

本発明の光制御装置は、光機能素子とその電気的制御を
行うための電気回路が同一基板上に一体的に形成される
ことにより、全体として小型であり、製造が容易で、し
かも信頼性に優れたものである。 このような一体化を可能としているのは、少なくとも光
導波路と電気回路の金属クラッド部とが重なる部位にお
いて介在されているバッファ層である。バッファ層は基
板よりも屈折率の低い材料により構成され、金属クラッ
ド部による伝搬損失を光導波路自身の伝搬損失に対して
無視できる程度まで低減させる効果を有する。したがっ
て、このバッファ層の存在により、電気回路を積層して
も何ら光機能素子の動作には実質的な影響が現れないの
である。 かかる光制御装置は、製造に特殊な技術を要するもので
はなく、半導体装置の製造分野等において適用されてい
る通常の製造技術により高い信頼性、生産性をもって製
造できるものである。 [0011]
The optical control device of the present invention is compact as a whole, easy to manufacture, and has high reliability because the optical functional element and the electric circuit for electrically controlling it are integrally formed on the same substrate. It is excellent. What makes such integration possible is the buffer layer interposed at least in the region where the optical waveguide and the metal cladding portion of the electric circuit overlap. The buffer layer is made of a material with a lower refractive index than the substrate, and has the effect of reducing the propagation loss due to the metal cladding portion to a negligible level compared to the propagation loss of the optical waveguide itself. Therefore, due to the presence of this buffer layer, even if electrical circuits are stacked, there is no substantial effect on the operation of the optical functional element. Such a light control device does not require any special technology to manufacture, and can be manufactured with high reliability and productivity using normal manufacturing techniques applied in the field of manufacturing semiconductor devices. [0011]

【実施例】【Example】

以下、本発明の好適な実施例について図面を参照しなが
ら説明する。 [0012] 実施例1 本実施例は、光機能素子としてMZ変調器が形成された
ニオブ酸リチウム(LiNb03)基板上に、選択的に
形成された酸化シリコン層からなるバッファ層を介して
銅のプリント配線パターンからなる金属クラッド部が形
成され、該金属クラッド部に必要な電気部品が接続され
てなる光制御装置の例である。 [0013] 図1および図2に、本実施例の光制御装置の一構成例を
示す。 図1はこの光制御装置の概略斜視図である。光学結晶基
板であるニオブ酸リチウム基板1上に、光入力端P、か
ら入射される入力光を光出力端P。U、まで導波n する光導波路2が形成されており、該光導波路2上には
光入力端P、側から先出n 力端P。U、側に向かってMZ変調器3が形成されてい
る。ここで、上記ニオブ酸リチウム基板1としては、3
0mm(横)X10mm (縦)X1mm(厚さ) (
7)Xカット板を使用した。上記MZ変調器3において
は、光導波路2が中途部で対称二分岐により分岐導波路
2a、2bとされており、各分岐導波路2a、2bを伝
搬する導波光を電気光学効果により位相変調した後、再
び重ね合わせて振幅変調を行うようになされている。 [0014] さらに上記光制御装置は、光入力端P、側から光出力端
P。utに至るまでの間n に入力光に対して所定の変調を行い、しかもその結果を
フィードバック制御に使用してAGC動作を行うことが
できる。 この動作を可能とするのは、分配器4およびフォトダイ
オード5等である。上記分配器4においては、上記光導
波路2から所定の分岐角θをもって分岐する分岐導波路
2Cが形成されており、光導波路2を伝搬する導波光は
該分岐角θの大きさに応じて決まる分配比によりモニタ
出力光として取り出せるようになされている。上記分岐
角θはおおよそ1〜10°の範囲に選ばれる。上記分岐
導波路2Cの終端部には、導波光を基板表面に向けて放
射させる回折格子(図示せず。)が形成されており、そ
の上にフォトダイオード5が配設されている。 [0015] さらに、上記ニオブ酸リチウム基板1上には、上記MZ
変調器3の動作制御を行うため、およびAGC用の電気
回路を構成するための各種の配線および電極部が形成さ
れている。これらは銅の薄膜をニオブ酸リチウム基板1
上に印刷回路技術により被着させたものであるので、以
下、本明細書において総称する場合は金属クラッド部1
0と称し、図1では斜線部で表すことにする。 まず、上記MZ変調器3においては、各分岐導波路2a
、2bの両側および中間に互いに櫛形に組み合わされた
電極部6a、6bが配設されており、外部電源(図示せ
ず。)から電源接続用の電極パッド7a、7bを介して
所定の直流電圧が印加されることにより、それぞれ接地
電位およびプラス電位に設定される。このとき、電位に
応じて発生する電界によりニオブ酸リチウム基板1の屈
折率が変化し、各分岐導波路2a、2bを伝搬する光の
位相が先行もしくは遅延するようになされている。 一方、AGC用の電気回路を構成する金属クラッド部1
0としては、上記フォトダイオード5および反転アンプ
8の端子を接続するための電極部9a、9b、および反
転アンプ8の出力を取り出したりトランジスタ13に対
する入出力を可能とするための配線部が形成されている
。 [0016] さらに、上記光制御装置においては少なくとも光導波路
2および分岐導波路2a、2bと金属クラッド部10が
重なる部位(図1中、破線円で囲んだ部分)は両者の間
にバッファ層11を介在させた構成がとられている。図
2に、このバッファ層11の位置関係が明らかとなるよ
うに、光制御装置の模式的な側面図を示す。ただし、こ
の図は図1の特定の部位に対応するものではなく、ニオ
ブ酸リチウム基板1、光導波路2、バッファ層11、お
よびフォトディテクタ5や反転アンプ8等の電気部品の
上下の積層関係のみを模式的に説明するものである。ま
た実際の光導波路2やバッファ層11が基板の全面にわ
たって形成されていることを示すものでもない。 [0017] 上記バッファ層11は、導波路から基板の表面方向に向
かってもれる光(エバネセント光)を遮断して光の伝搬
効率を高めるために設けられるものである。したがって
、材料としてはニオブ酸リチウムの屈折率より十分低い
屈折率を有する透明誘電体膜もしくは透明導電体膜が使
用される。透明誘電体膜としては酸化シリコン、アルミ
ナ等が、また透明導電体膜としてはITO(インジウム
−錫酸化物)が使用できる。 [0018] ここで、バッファ層11が基板の全面にわたって形成さ
れない理由は、以下の通りである。上記バッファ層11
は、通常スパッタリングや電子ビーム蒸着等により形成
される。しかし、このようにして形成されたバッファ層
11は酸素欠損状態となっているので、外部から直流電
圧を印加するとバッファ層中でイオンの移動が起こり、
イオンが負電極に吸収されて外部からの印加電界が打ち
消されてしまう。したがって、一定の直流電圧印加の下
でも出力光強度が経時的に減少あるいは増大する、いわ
ゆるDCドリフト現象が生ずる。電極間にDCドリフト
現象が発生した場合には光制御不能の状態となり、特に
バッファ層が導電性のITOにより構成されている場合
には短絡が発生する。かかる理由から、バッファ層11
は金属クラッド部10と光導波路2が重なる場所もしく
はその近傍において選択的に形成され、カリいかなる電
極間にも形成されないのである。最も単純には、金属ク
ラッド部10とバッファ層11のパターンとを同一とす
れば良く、本実施例でもこの構成を採用した。 [0019] 上述のようにバッファ層11を介して形成された金属ク
ラッド部10の各電極部および各配線部には、フォトダ
イオード5、反転アンプ8、チップ抵抗12a12b、
12c、トランジスタ13等の電気部品がハンダ付は等
により適宜接続され、閉回路が構成される。ここで、上
記トランジスタ13としてNPN)ランジスタをエミッ
タ接地式で使用する場合には、該トランジスタ13のベ
ースBをチップ抵抗12bを介して反転アンプ8の出力
端に、エミッタEを電源接続用の接地側の電極パッド7
aにつながる配線部に、またコレクタCはチップ抵抗1
2Cを介して電源接続用のプラス側の電極パッド7bに
それぞれ接続すれば良い。PNP)ランジスタを使用す
る場合には電源接続用の電極パッド7a、7bの極性を
上述と逆にする。 [0020] かかる光制御装置のAGC動作の概略は、以下の通りで
ある。まず、光入力端P、に入射された光は電極部6a
、6bの間の電位差に応じて分岐導波路2a。 n 2bを伝搬する間に電気光学効果により所定の位相変調
を受け、再び重ね合わされた際に所定の振幅変調を受け
る。かかる変調を受けた光の大部分は光出力端P。ut
から出力されるが、光の一部は分岐角θにより決まる分
配比にしたがってフォトダイオード5へ導かれる。フォ
トダイオード5に入射された光は電流に変換され、反転
アンプ8で増幅されてトランジスタ13のベースBに入
力される。ここで、たとえばフォトダイオード5に受光
された光が過大でベース電流が大きくなる場合には、コ
レクタ電流が増大してチップ抵抗12aにおける電圧降
下が小さくなり、その結果、電極部6bの電位が高くな
る。フォトダイオード5に受光された光が過小である場
合には、この逆の動作となる。 [0021] 次に、かかる光制御装置の製造方法の一例について説明
する。 まず、Xカットされたニオブ酸リチウム基板1上に、光
導波路2および分岐導波路2a、2b、2cの形成パタ
ーンにしたがってフォトリソグラフィーによりチタンか
らなるストライフ・パターンを形成し、1000℃付近
の温度にて熱拡散処理を行って光導波路2および分岐導
波路2a、2b、2cを形成した。ここで、上記ストラ
イプ・パターンのパターン幅を約6μmとした時に、約
10μm幅の光導波路が形成された。 [0022] 次に、スパッタリングもしくはCVD等の手段により上
記ニオブ酸リチウム基板1の全面にバッファ層11とな
る酸化シリコン層、および金属クラ・ノド部10となる
銅を順次被着させ、所定のパターンに形成されたマスク
を介して銅は塩化第二鉄水溶液によるウェット・エツチ
ング、酸化シリコンは緩衝化フッ酸によるウェット・エ
ツチングによりそれぞれ不要部を除去した。このように
、パターニング時のマスクを共通とすることにより、金
属クラッド部10の直下にバッファ層11が選択的に形
成された。 [0023] 次に、上記分岐導波路2Cの終端部にモニタ出力光を基
板表面に向けて放射させるための回折格子(図示せず。 )を形成した。この回折格子は、ニオブ酸リチウム1基
板よりも屈折率の大きい酸化チタン層等の物質層を所定
のピッチで形成するか、もしくはカリウム等の高屈折率
の物質を所定のピッチでイオン注入する等の方法により
形成することができる。 [0024] 次に、フォトダイオード5、反転アンプ8、チップ抵抗
12a、12b、12C、トランジスタ13をハンダ付
け、もしくは接着剤とワイヤボンディングによる接続の
併用等により接続し、光制御装置を完成した。 [0025] ここでなお、本発明は上述の実施例に限定されるもので
はなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変形が
可能である。 たとえば、ニオブ酸リチウム基板1としてはYカット板
を使用することもできる。この場合、基板表面に垂直な
電界成分を利用するためち電極部と光導波路とが積層し
て形成される点がXカット板を使用した場合と異なるが
、上述のように金属クラッド部10とバッファ層11が
共通のマスクにより同一パターンに形成される方法によ
れば、基板の面方位に無関係に本発明の光制御装置を構
成することができる。 [0026] 光導波路2および分岐導波路2a、2b、2cを形成す
るにあたっては、チタン熱拡散の代わりにプロトン交換
を行っても良い。 [0027] 分配器の分岐導波路2Cの終端部には、特に回折格子を
設けなくても良い。この場合、分岐導波路2Cは途中で
消失してカットオフ状態となっているので、伝搬してき
た光は終端部からニオブ酸リチウム基板1の表面側およ
び裏面側へ滲み出して外部に放射される。しかし、回折
格子を設けれた方がフォトダイオード5の受光効率を大
幅に向上させることが可能となる。 [0028] 金属クラッド部10の構成材料としては、上述の銅以外
にアルミニウム等も使用することができる。 [0029] 光機能素子としては、上述のMZ変調器3以外にもたと
えば方向性結合型の光可変減衰器を形成しても良い。ま
た、上述のMZ変調器3と併用する反転アンプ8の特性
を変えることにより、AGCの他にもたとえば光双安定
素子等を構成することができる。 [0030] 分配器としては、上述の非対称二分岐導波路の他、方向
性結合器を形成することもできる。しかし、一般に方向
性結合器には作成上の誤差等により結合係数が敏感に変
化して結合長と素子長を整合させることが困難であるこ
と、温度変化によってエバネセント効果が変化すること
等の欠点があるので、安定したAGCを実現するために
は上述の非対称二分岐導波路の方が有利である。 [0031] また、上述の実施例ではフィードバック型のAGC動作
が行われるが、光入力端P、と光出力端P。utを入れ
換えてフィードフォワード型のAGC動作を行わn せることもできる。 [0032] 実施例2 本実施例は、電圧増幅回路を基板上に組み込んで外部か
らの変調信号に応じて光強度変調を行う光制御装置の例
である。これを図3を参照しながら説明する。 本実施例の光制御装置におけるMZ変調器23の構成は
実施例1に上述したものと同様であり、ニオブ酸リチウ
ム基板21内の光導波路22の中途部に形成された分岐
導波路22a、22bの両側および中間部に、互いに櫛
形に組み合わされた電極部26a、26bが配設されて
いる。上記電極部26aは接地側の電極パッド25aに
、また上記電極部26bはチップ抵抗27bを介してプ
ラス側の電極パッド25bに接続され、この画電極パッ
ド25a、25b間に電源電圧が印加される。また、上
記電極部26a、26b間にはトランジスタ24が接続
されており、外部から電極パッド25a、25c間に印
加される信号にしたがって各電極部26a、26b間に
かかる電圧が制御されるようになされている。−例とし
て、上記トランジスタ24をNPNトランジスタとし、
これをエミッタ接地式で使用する場合には、該トランジ
スタ24のベースBはチップ抵抗27aおよびコンデン
サ28からなる周波数特性調整用の並列回路を介して電
極パッド25Cに接続され、エミッタEはチップ抵抗2
7cを介して電源接続用の接地側の電極パッド25aに
接続され、コレクタCは電極部26bに接続されると共
にプラス側の電極パッド25bに接続される。 [0033] かかる構成において、たとえば信号電圧によりトランジ
スタ24のベース電流が大きくなる場合には、コレクタ
電流が増大してチップ抵抗27bにおける電圧降下が小
さくなり、その結果、電極部26bの電位が高くなる。 [0034]
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. [0012] Example 1 In this example, copper was deposited on a lithium niobate (LiNb03) substrate on which an MZ modulator was formed as an optical functional element, through a buffer layer made of a silicon oxide layer selectively formed. This is an example of an optical control device in which a metal cladding portion made of a printed wiring pattern is formed, and necessary electrical components are connected to the metal cladding portion. [0013] FIGS. 1 and 2 show an example of the configuration of the light control device of this embodiment. FIG. 1 is a schematic perspective view of this light control device. Input light incident on the lithium niobate substrate 1, which is an optical crystal substrate, from the optical input end P is transmitted to the optical output end P. An optical waveguide 2 is formed which guides waves up to U, and on the optical waveguide 2 there is an optical input end P and a first output end P from the side. An MZ modulator 3 is formed toward the U side. Here, as the lithium niobate substrate 1, 3
0mm (horizontal) x 10mm (vertical) x 1mm (thickness) (
7) An X-cut plate was used. In the above MZ modulator 3, the optical waveguide 2 is symmetrically branched into two branch waveguides 2a and 2b in the middle, and the guided light propagating through each branch waveguide 2a and 2b is phase-modulated by the electro-optic effect. After that, they are superimposed again to perform amplitude modulation. [0014] Further, the light control device has a light input end P and a light output end P from the side. A predetermined modulation is performed on the input light n during the period up to ut, and the result can be used for feedback control to perform AGC operation. This operation is made possible by the distributor 4, photodiode 5, and the like. In the splitter 4, a branching waveguide 2C is formed which branches from the optical waveguide 2 at a predetermined branching angle θ, and the guided light propagating through the optical waveguide 2 is determined according to the magnitude of the branching angle θ. The distribution ratio allows the light to be extracted as monitor output light. The branching angle θ is approximately selected in the range of 1 to 10°. A diffraction grating (not shown) for emitting guided light toward the substrate surface is formed at the terminal end of the branch waveguide 2C, and a photodiode 5 is disposed on the diffraction grating (not shown). [0015] Further, on the lithium niobate substrate 1, the MZ
Various wiring and electrode portions are formed for controlling the operation of the modulator 3 and for configuring an electric circuit for AGC. These are thin films of copper and lithium niobate substrates.
Since the metal cladding part 1 is deposited on the metal cladding part 1 by printed circuit technology, it will be collectively referred to as the metal cladding part 1 in this specification.
0, and is represented by a diagonal line in FIG. First, in the MZ modulator 3, each branch waveguide 2a
, 2b are provided with electrode portions 6a and 6b combined in a comb shape on both sides and in the middle thereof, and a predetermined DC voltage is supplied from an external power source (not shown) via electrode pads 7a and 7b for power connection. are set to the ground potential and the positive potential, respectively. At this time, the refractive index of the lithium niobate substrate 1 changes due to the electric field generated in accordance with the potential, so that the phase of the light propagating through each branch waveguide 2a, 2b is advanced or delayed. On the other hand, the metal cladding part 1 constituting the electric circuit for AGC
0, electrode portions 9a and 9b for connecting the terminals of the photodiode 5 and the inverting amplifier 8, and a wiring portion for taking out the output of the inverting amplifier 8 and enabling input/output to the transistor 13 are formed. ing. [0016] Further, in the above optical control device, at least the portion where the optical waveguide 2 and the branch waveguides 2a, 2b and the metal cladding portion 10 overlap (the portion surrounded by a broken line circle in FIG. 1) has a buffer layer 11 between them. A configuration with intervening is adopted. FIG. 2 shows a schematic side view of the light control device to make the positional relationship of the buffer layer 11 clear. However, this diagram does not correspond to specific parts in FIG. 1, but only shows the upper and lower stacking relationships of the lithium niobate substrate 1, the optical waveguide 2, the buffer layer 11, and electrical components such as the photodetector 5 and the inverting amplifier 8. This is a schematic explanation. Furthermore, it does not indicate that the actual optical waveguide 2 and buffer layer 11 are formed over the entire surface of the substrate. [0017] The buffer layer 11 is provided to block light (evanescent light) leaking from the waveguide toward the surface of the substrate, thereby increasing light propagation efficiency. Therefore, a transparent dielectric film or a transparent conductor film having a refractive index sufficiently lower than that of lithium niobate is used as the material. Silicon oxide, alumina, etc. can be used as the transparent dielectric film, and ITO (indium-tin oxide) can be used as the transparent conductor film. [0018] Here, the reason why the buffer layer 11 is not formed over the entire surface of the substrate is as follows. The buffer layer 11
is usually formed by sputtering, electron beam evaporation, or the like. However, since the buffer layer 11 formed in this way is in an oxygen-deficient state, when a DC voltage is applied from the outside, ion movement occurs in the buffer layer.
Ions are absorbed by the negative electrode, canceling out the externally applied electric field. Therefore, a so-called DC drift phenomenon occurs in which the output light intensity decreases or increases over time even when a constant DC voltage is applied. If a DC drift phenomenon occurs between the electrodes, optical control becomes impossible, and short circuits occur particularly when the buffer layer is made of conductive ITO. For this reason, the buffer layer 11
is selectively formed at or near a location where the metal cladding portion 10 and the optical waveguide 2 overlap, and is not formed between any electrodes. In the simplest case, the patterns of the metal cladding part 10 and the buffer layer 11 may be the same, and this configuration was also adopted in this embodiment. [0019] Each electrode section and each wiring section of the metal cladding section 10 formed through the buffer layer 11 as described above include a photodiode 5, an inverting amplifier 8, a chip resistor 12a12b,
Electrical components such as 12c and transistor 13 are appropriately connected by soldering or the like to form a closed circuit. Here, when using an NPN) transistor with a grounded emitter type as the transistor 13, the base B of the transistor 13 is connected to the output terminal of the inverting amplifier 8 via the chip resistor 12b, and the emitter E is grounded for power supply connection. side electrode pad 7
In the wiring part connected to a, and the collector C is a chip resistor 1.
2C to the positive side electrode pads 7b for power supply connection. When using a PNP transistor, the polarity of the electrode pads 7a and 7b for power supply connection is reversed to that described above. [0020] An outline of the AGC operation of such a light control device is as follows. First, the light incident on the light input end P is transmitted to the electrode portion 6a.
, 6b depending on the potential difference between the branch waveguides 2a. While propagating through n 2b, it receives a predetermined phase modulation due to the electro-optic effect, and when superimposed again, it receives a predetermined amplitude modulation. Most of the light that has undergone such modulation is at the optical output end P. ut
A part of the light is guided to the photodiode 5 according to the distribution ratio determined by the branching angle θ. The light incident on the photodiode 5 is converted into a current, amplified by the inverting amplifier 8, and input to the base B of the transistor 13. Here, for example, if the light received by the photodiode 5 is excessive and the base current becomes large, the collector current increases and the voltage drop across the chip resistor 12a becomes small, and as a result, the potential of the electrode portion 6b becomes high. Become. If the amount of light received by the photodiode 5 is too small, the operation is the opposite. [0021] Next, an example of a method for manufacturing such a light control device will be described. First, on an X-cut lithium niobate substrate 1, a strife pattern made of titanium is formed by photolithography according to the formation pattern of the optical waveguide 2 and the branch waveguides 2a, 2b, and 2c, and the strife pattern is heated to around 1000°C. The optical waveguide 2 and branch waveguides 2a, 2b, and 2c were formed by thermal diffusion treatment. Here, when the pattern width of the stripe pattern was about 6 μm, an optical waveguide with a width of about 10 μm was formed. [0022] Next, a silicon oxide layer that will become the buffer layer 11 and copper that will become the metal node part 10 are sequentially deposited on the entire surface of the lithium niobate substrate 1 by means such as sputtering or CVD, and are formed into a predetermined pattern. Through the mask formed in the above, unnecessary parts were removed by wet etching using a ferric chloride aqueous solution for copper and wet etching using buffered hydrofluoric acid for silicon oxide. In this way, by using a common mask during patterning, the buffer layer 11 was selectively formed directly under the metal cladding part 10. [0023] Next, a diffraction grating (not shown) for emitting monitor output light toward the substrate surface was formed at the terminal end of the branch waveguide 2C. This diffraction grating can be formed by forming layers of a material such as a titanium oxide layer with a higher refractive index than the lithium niobate substrate at a predetermined pitch, or by ion-implanting a material with a high refractive index such as potassium at a predetermined pitch. It can be formed by the following method. [0024] Next, the photodiode 5, the inverting amplifier 8, the chip resistors 12a, 12b, 12C, and the transistor 13 were connected by soldering or a combination of adhesive and wire bonding to complete the optical control device. [0025] Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, a Y-cut plate can also be used as the lithium niobate substrate 1. In this case, the difference from the case where an X-cut plate is used is that the electrode part and the optical waveguide are formed by laminating each other in order to utilize the electric field component perpendicular to the substrate surface, but as described above, the metal clad part 10 and According to the method in which the buffer layer 11 is formed in the same pattern using a common mask, the light control device of the present invention can be constructed regardless of the surface orientation of the substrate. [0026] In forming the optical waveguide 2 and branch waveguides 2a, 2b, and 2c, proton exchange may be performed instead of titanium thermal diffusion. [0027] It is not necessary to provide a particular diffraction grating at the terminal end of the branch waveguide 2C of the distributor. In this case, the branch waveguide 2C disappears in the middle and is in a cut-off state, so the propagated light leaks from the terminal end to the front and back sides of the lithium niobate substrate 1 and is emitted to the outside. . However, if a diffraction grating is provided, the light receiving efficiency of the photodiode 5 can be significantly improved. [0028] As a constituent material of the metal cladding part 10, aluminum or the like can be used in addition to the above-mentioned copper. [0029] In addition to the above-mentioned MZ modulator 3, for example, a directional coupling type variable optical attenuator may be formed as the optical functional element. Furthermore, by changing the characteristics of the inverting amplifier 8 used together with the above-mentioned MZ modulator 3, it is possible to configure an optical bistable element, etc. in addition to the AGC. [0030] In addition to the above-mentioned asymmetric bifurcated waveguide, a directional coupler can also be formed as the distributor. However, in general, directional couplers have drawbacks such as the coupling coefficient changing sensitively due to manufacturing errors, making it difficult to match the coupling length and element length, and the evanescent effect changing due to temperature changes. Therefore, in order to realize stable AGC, the above-mentioned asymmetric bifurcated waveguide is more advantageous. [0031]Also, in the above embodiment, a feedback type AGC operation is performed, and the optical input end P and the optical output end P. It is also possible to perform feedforward type AGC operation by replacing ut. [0032] Embodiment 2 This embodiment is an example of an optical control device that incorporates a voltage amplification circuit on a substrate and performs optical intensity modulation according to an external modulation signal. This will be explained with reference to FIG. The configuration of the MZ modulator 23 in the optical control device of this example is the same as that described in Example 1, and includes branch waveguides 22a and 22b formed in the middle of the optical waveguide 22 in the lithium niobate substrate 21. Electrode parts 26a and 26b, which are combined in a comb shape, are arranged on both sides and in the middle part. The electrode portion 26a is connected to the ground side electrode pad 25a, and the electrode portion 26b is connected to the positive side electrode pad 25b via a chip resistor 27b, and a power supply voltage is applied between the picture electrode pads 25a and 25b. . Further, a transistor 24 is connected between the electrode parts 26a and 26b, and the voltage applied between each electrode part 26a and 26b is controlled according to a signal applied from the outside between the electrode pads 25a and 25c. being done. - As an example, the transistor 24 is an NPN transistor;
When using this as an emitter-grounded type, the base B of the transistor 24 is connected to the electrode pad 25C via a parallel circuit for frequency characteristic adjustment consisting of a chip resistor 27a and a capacitor 28, and the emitter E is connected to the chip resistor 27a.
7c to a ground side electrode pad 25a for power supply connection, and the collector C is connected to the electrode portion 26b and also to the positive side electrode pad 25b. [0033] In such a configuration, when the base current of the transistor 24 increases due to a signal voltage, for example, the collector current increases and the voltage drop across the chip resistor 27b decreases, and as a result, the potential of the electrode portion 26b increases. . [0034]

【発明の効果】【Effect of the invention】

従来の光制御装置においては、光機能素子とその制御を
行うための電気回路とをそれぞれ独立した基板上に形成
しなければならなかったため、集積化が困難であり、ま
た製造も面倒であった。しかし、以上の説明からも明ら
かなように、本発明によれば単一の基板上に光機能素子
と電気回路とが積層形成されているため、従来の問題点
が一挙に解決される。しかも、その製造には何ら特殊な
技術を要するものではない。したがって、小型で信頼性
の高い光制御装置が容易に提供できるようになる。
In conventional optical control devices, the optical functional elements and the electrical circuits for controlling them had to be formed on separate substrates, making integration difficult and complicated to manufacture. . However, as is clear from the above description, according to the present invention, the optical functional element and the electric circuit are laminated on a single substrate, so that the conventional problems are solved at once. Moreover, its manufacture does not require any special technology. Therefore, a small and highly reliable light control device can be easily provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】 本発明を適用した光制御装置の一構成例を示す概略斜視
図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a configuration example of a light control device to which the present invention is applied.

【図2】 本発明を適用した光制御装置の一構成例を示す概略側面
図である。
FIG. 2 is a schematic side view showing a configuration example of a light control device to which the present invention is applied.

【図3】 本発明を適用した光制御装置の他の構成例を示す概略斜
視図である。
FIG. 3 is a schematic perspective view showing another configuration example of a light control device to which the present invention is applied.

【図4】 光機能素子に対して外部光学部品を使用してフィードフ
ォワード制御を行う従来の制御系を概略的に示すブロッ
ク図である。
FIG. 4 is a block diagram schematically showing a conventional control system that performs feedforward control on an optical functional element using external optical components.

【図5】 光機能素子に対して外部光学部品を使用してフィードバ
ック制御を行う従来の゛制御系を概略的に示すブロック
図である。
FIG. 5 is a block diagram schematically showing a conventional control system that performs feedback control on an optical functional element using external optical components.

【図6】 光機能素子と電気回路が分離された従来の光制御装置の
一構成例を示す概略斜視図である。
FIG. 6 is a schematic perspective view showing a configuration example of a conventional optical control device in which an optical functional element and an electric circuit are separated.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1.21            ニオブ酸リチウム基
板2.22           ・光導波路2a、2
b、22a、22b−−分岐導波路3.23     
      ・MZ変調器4            
  ・分配器5               ・フォ
トダイオード6a、6b、26a、26b−−電極部8
               ・反転アンプ10  
            ・金属クラッド部1ト バッファ層 12a。 12b。 12c。 27a。 27b。 7c チップ抵抗 13゜ トランジスタ コンデンサ ・光入力端
1.21 Lithium niobate substrate 2.22 ・Optical waveguides 2a, 2
b, 22a, 22b--branch waveguide 3.23
・MZ modulator 4
・Distributor 5 ・Photodiodes 6a, 6b, 26a, 26b--Electrode section 8
・Inverting amplifier 10
- Metal cladding part 1 buffer layer 12a. 12b. 12c. 27a. 27b. 7c Chip resistor 13゜transistor capacitor/optical input terminal

【書類芯】[Document core]

【図1】[Figure 1]

【図2】 図面 覧ぶ[Figure 2] drawing view

【図3】[Figure 3]

【図4】 26a 26b[Figure 4] 26a 26b

【図5】[Figure 5]

【図6】[Figure 6]

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光導波路の伝搬光が電気的に制御される光
機能素子を有する光学結晶基板上に該光機能素子の電気
的制御を行うための電気回路が形成されてなり、少なく
とも前記光導波路と前記電気回路の金属クラッド部とが
重なる部位においてバッファ層が介在されてなることを
特徴とする光制御装置。
1. An electrical circuit for electrically controlling the optical functional element is formed on an optical crystal substrate having an optical functional element by which light propagating through the optical waveguide is electrically controlled, An optical control device characterized in that a buffer layer is interposed at a portion where a wave path and a metal cladding portion of the electric circuit overlap.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008517332A (en) * 2004-10-19 2008-05-22 シオプティカル インコーポレーテッド Photodetector structure and use as feedback control in monolithically integrated optical and electronic structures
JP2015197451A (en) * 2014-03-31 2015-11-09 住友大阪セメント株式会社 light modulator
JP2016191878A (en) * 2015-03-31 2016-11-10 住友大阪セメント株式会社 Electric circuit board

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