JPH0553086A - マツハツエンダー型光導波路デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マッハツェンダー型光導波路デバイスに関
し、信頼性を高めるために特性の変動をモニターするこ
とができるようにすることを目的とする。 【構成】 入力導波路部（１２ａ）と、出力導波路部
（１２ｂ）と、該入力導波路部及び該出力導波路部の間
にそれぞれＹ字状分岐部を介して接続される平行な中間
導波路部（１２ｃ，１２ｄ）とからなる主光導波路（１
２）と、該主光導波路の該出力導波路部の近傍に設けら
れて該平行導波路部と該出力導波路部との接続部で放出
される光をガイドする副光導波路（１４）とを備えた構
成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマッハツェンダー型光導
波路デバイスに関する。光通信の分野では、光スイッチ
や、変調器や、合分波器や、カプラ等の部品が必要であ
り、マッハツェンダー型光導波路デバイスはこのような
部品として使用可能なものとして期待されている。マッ
ハツェンダー型光導波路デバイスは、電界を印加すると
屈折率が変化する結晶材料の基板に光導波路を設けたも
のであり、非常に小型に製造でき、且つ量産性に優れて
いる。

【０００２】

【従来の技術】マッハツェンダー型光導波路デバイスの
光導波路は、入力導波路部と、出力導波路部と、該入力
導波路部及び該出力導波路部の間にそれぞれＹ字状分岐
部を介して接続される平行な中間導波路部とからなる。
マッハツェンダー型光導波路デバイスを例えば光変調器
として使用するときには、平行な中間導波路部に電極を
設け、印加電圧を制御することにより、出力導波路部か
らの光出力を変調する。図３は、印加電圧に対する光出
力を示す図である。例えば印加電圧が０のときに光出力
は１になり、印加電圧がＶ₀ のときに光出力は０にな
り、電圧に応じて光出力はサイン関数状になる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、マッハツェン
ダー型光導波路デバイスに応力や熱がかかったり、ＤＣ
ドリフト等が生じたりすると、特性が変動することがあ
るという問題点があった。例えば、図３を参照すると、
実線が所定の特性を示すのに対して、特性が破線で示す
ように変動することがあった。マッハツェンダー型光導
波路デバイスの応用によっては、所定の電圧値を印加し
たときに光出力が変化することは好ましくないことであ
り、そのような変動が発生したときには対策を施すこと
ができるようにしておくことが望まれる。

【０００４】本発明の目的は、信頼性を高めるために特
性の変動をモニターすることができるようにしたマッハ
ツェンダー型光導波路デバイスを提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によるマッハツェ
ンダー型光導波路デバイスは、図１に示されるように、
入力導波路部１２ａと、出力導波路部１２ｂと、該入力
導波路部及び該出力導波路部の間にそれぞれＹ字状分岐
部を介して接続される平行な中間導波路部１２ｃ，１２
ｄとからなる主光導波路１２と、該主光導波路の該出力
導波路部１２ｂの近傍に設けられて該平行導波路部１２
ｃ，１２ｄと該出力導波路部１２ｂとの接続部で放出さ
れる光をガイドする副光導波路１４とを備えたことを特
徴とする。

【０００６】

【作用】上記したマッハツェンダー型光導波路デバイス
では、電圧を印加したときに出力導波路部１２ｂで利用
可能な光出力が入力光に対して低下する。本発明は、こ
のように光出力が低下したとき、入力光と出力光との差
に相当する光成分は、主光導波路の平行導波路部１２
ｃ，１２ｄと出力導波路部１２ｂとの接続部から基板内
へ放出されることに注目した。そこで、主光導波路の出
力導波路部１２ｂの近傍に副光導波路１４を設け、前記
放出光を所定の部位へガイドするようにした（図１で
は、基板の端面にガイドされる）。このようにしてガイ
ドされた放出光は適切な手段により検出され、この放出
光をモニターすることにより、特性の変動をモニターす
ることができる。

【０００７】

【実施例】図１を参照すると、マッハツェンダー型光導
波路デバイスは、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃ ）の
結晶からなる基板１０に光導波路１２を設けたものであ
る。光導波路１２は、入力導波路部１２ａと、出力導波
路部１２ｂと、該入力導波路部及び該出力導波路部の間
にそれぞれＹ字状分岐部を介して接続される平行な中間
導波路部１２ｃ，１２ｄとからなる。入力導波路部１２
ａ及び出力導波路部１２ｂはそれぞれ基板１０の端面に
露出し、光ファイバ１６（図１では出力導波路部１２ｂ
側の光ファイバのみ示されている）に接続される。

【０００８】光導波路１２は、例えば、ニオブ酸リチウ
ムの結晶基板１０にチタン（Ｔｉ）を蒸着し、フォトリ
ソグラフィ及びエッチングによりパターン化し、それか
ら酸素を含む高温中で同基板１０中へ拡散させることに
より形成している。この光導波路１２は透明で、基板１
０よりも屈折率が高くなり、光を閉じこめるようにな
る。

【０００９】図１及び図２に示されるように、光導波路
１２の上にはＳｉＯ₂ のバッファ層１８（図１では省略
してある）が設けられ、そしてバッファ層１８の上で中
間導波路部１２ｃ，１２ｄの位置に対応して電極２０，
２２が設けられる。電極２０，２２は電源２４に接続さ
れる。従って、電極２０，２２間に電圧を印加すること
により、中間導波路部１２ｃ，１２ｄの屈折率が変化
し、光の伝播特性を変化させる。

【００１０】さらに、副光導波路１４が主光導波路１２
の出力導波路部１２ｂの近傍に設けられる。副光導波路
１４は出力導波路部１２ｂを挟んで平行導波路部１２
ｃ，１２ｄと出力導波路部１２ｂとの接続部から基板１
０の端面まで延びる。モニター用光ファイバ２６が基板
１０の端面と一致する副光導波路１４の端面に接続され
る。モニター用光ファイバ２６はフォトダイオード等の
光検出器を含む放出光検出手段２８に接続される。さら
に、この放出光検出手段２８は電源２４に制御信号を送
ることができる。

【００１１】このようなマッハツェンダー型光導波路デ
バイスでは、電源２４から電極２０，２２に印加する電
圧に応じて図３の実線で示されるような光出力が得られ
る。例えば印加電圧が０のときに光出力は１になり、印
加電圧がＶ₀のときに光出力は０になり、電圧に応じて
光出力はサイン関数状になる。実線が所定の特性を示す
のに対して、特性が破線で示すように変動することがあ
る。副光導波路１４はそのような変動をモニターできる
ようにするために、平行導波路部１２ｃ，１２ｄと出力
導波路部１２ｂとの接続部から基板１０の内部へ放出さ
れる光をガイドするものである。

【００１２】図４はマッハツェンダー型光導波路デバイ
スの光導波路１２を簡略化して示しており、（Ａ）は印
加電圧が０のときの光の伝播の様子を示し、（Ｂ）は印
加電圧がＶ₀ のときの光の伝播の様子を示している。図
４において、１２ａは入力導波路部、１２ｂは出力導波
路部と、１２ｃ，１２ｄは中間導波路部である。各部に
は波形状の図形で伝播モードが示されている。このマッ
ハツェンダー型光導波路デバイスでは、入力導波路部１
２ａに示されたモードの光のみが伝播可能である。

【００１３】図４の（Ａ）においては、光は所定の入力
モードで入力導波路部１２ａに導入され、中間導波路部
１２ｃ，１２ｄに向かい、これらの中間導波路部１２
ｃ，１２ｄを入力モードと同じモードでそれぞれ伝播
し、そして同じモードで出力導波路部１２ｂから出力さ
れる。また、（Ｂ）においては、光は所定の入力モード
で入力導波路部１２ａに導入され、中間導波路部１２
ｃ，１２ｄに向かうが、このときに、中間導波路部１２
ｃ，１２ｄの屈折率が電圧０のときとは変化しているの
で、光の伝播速度が変化することになる。従って、これ
らの中間導波路部１２ｃ，１２ｄを伝播する光の位相に
相互に差ができ、平行導波路部１２ｃ，１２ｄと出力導
波路部１２ｂとの接続部においてこれらの位相の異なっ
た光が出会うと、出力導波路部１２ｂに入射すべきモー
ドが入力モードとは変わったものになる。このため、平
行導波路部１２ｃ，１２ｄと出力導波路部１２ｂとの接
続部に到達した光は、電圧の値に応じた程度（図３）
で、出力導波路部１２ｂに入射できなくなり、基板１０
の内部に放射されることになる。

【００１４】通常、平行導波路部１２ｃ，１２ｄと出力
導波路部１２ｂとの接続部で基板１０の内部に放射され
る光は、（Ｂ）に示されるように出力導波路部１２ｂの
両側で基板１０の端面に向かって斜めに進む。ただし、
この放出光は基板１０の表面に沿って進むのではなく、
（Ｃ）に示されるように基板１０の底部側に向かって進
む。このようにして進む放射光は、基板１０と基板の外
側の空気との界面において全反射を繰り返し、基板１０
のどの位置から出射するのか確かでない。

【００１５】本発明では、平行導波路部１２ｃ，１２ｄ
と出力導波路部１２ｂとの接続部で基板１０の内部に入
った光の多くは、この放射光の発生部の近くで副光導波
路１４に入射する。この副光導波路１４も主光導波路１
２と同様にして基板１０の表面に形成され、基板１０よ
りも屈折率が高い。そのため、副光導波路１４に入った
放射光は副光導波路１４に閉じ込められて副光導波路１
４内を進み、すなわち副光導波路１４内をガイドされ
る。副光導波路１４内を進む光は実質的に基板１０には
出射することなく、基板１０の端面と一致する端面から
出射する。従って、この端面に光ファイバ２６を接続す
れば、放射光を捕らえることができる。

【００１６】このようにして、放出光検出手段２８は主
光導波路１２から漏れた放射光を検出し、それによっ
て、電源２４から印加した電圧値に対して、光出力が所
定のレベルになっているかどうかを判断することができ
る。すなわち、図３を参照すると、電源２４から印加し
た電圧値に対して、実線の特性の光出力が得られている
か、あるいは破線で示されるように特性が変動している
のかを判断することができる。このようなモニターの応
用として、放出光検出手段２８の出力に基づいて電源２
４に制御信号を送り、特性のずれを補正することができ
る。

【００１７】図５は、本発明の実施例を示し、基板１０
には図１の場合と同様に主光導波路１２を形成してある
（図５では平行導波路部１２ｃ，１２ｄと出力導波路部
１２ｂとの接続部の部分のみ示されている）。この主光
導波路１２の出力導波路部の近傍には副光導波路１４が
設けられている。さらに、この副光導波路１４の表面に
光散乱手段３０が設けられている。この光散乱手段３０
はグレーティングや、表面の粗面化処理等からなる。副
光導波路１４の表面に光散乱手段３０を設けることによ
って、平行導波路部１２ｃ，１２ｄと出力導波路部１２
ｂとの接続部で基板１０の内部に入った光のうち、副光
導波路１４に入射した光は光散乱手段３０で散乱して副
光導波路１４の表面から出射するようになる。従って、
副光導波路１４の表面にモニター用光ファイバ２６を設
けておけば、前述したのと同様にして放射光を捕らえる
ことができる。

【００１８】図６は、本発明の別の実施例を示し、基板
１０には前の例と同様に主光導波路１２及び副光導波路
１４が設けられている。さらに、この副光導波路１４の
表面に光散乱手段３０が設けられ、そしてバッファ層１
８を介してミラー３２が設けられている。モニター用光
ファイバ２６は基板１０の底面側に配置される。従っ
て、副光導波路１４に入射した光が光散乱手段３０によ
って表面に出射し且つミラー３２で反射して光ファイバ
２６に捕らえられる。この構成によれば、モニター用光
ファイバ２６の設置位置の制限を緩和することができ
る。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるマッ
ハツェンダー型光導波路デバイスは、入力導波路部と、
出力導波路部と、該入力導波路部及び該出力導波路部の
間にそれぞれＹ字状分岐部を介して接続される平行な中
間導波路部とからなる主光導波路と、該主光導波路の該
出力導波路部の近傍に設けられて該平行導波路部と該出
力導波路部との接続部で放出される光をガイドする副光
導波路とを備えた構成であるので、主光導波路の平行導
波路部と出力導波路部との接続部から基板内へ放出され
る光を副光導波路により所定の部位へガイドすることが
でき、よって特性の変動をモニターして信頼性を高める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】図１のデバイスの部分断面図である。

【図３】光出力の特性を示す図である。

【図４】放射光を説明する図であり、（Ａ）は電圧を印
加しないときを示す図、（Ｂ）は電圧を印加したときを
示す図、（Ｃ）は（Ｂ）のデバイスの断面図である。

【図５】本発明の実施例を示す断面図である。

【図６】本発明の別の実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１０…基板 １２…主光導波路 １４…副光導波路 １６…光ファイバ ２０，２２…電極 ２４…電源 ２６…モニター用光ファイバ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力導波路部（１２ａ）と、出力導波路
   部（１２ｂ）と、該入力導波路部及び該出力導波路部の
   間にそれぞれＹ字状分岐部を介して接続される平行な中
   間導波路部（１２ｃ，１２ｄ）とからなる主光導波路
   （１２）と、該主光導波路の該出力導波路部の近傍に設
   けられて該平行導波路部と該出力導波路部との接続部で
   放出される光をガイドする副光導波路（１４）とを備え
   たマッハツェンダー型光導波路デバイス。
2. 【請求項２】 前記副光導波路の表面に光散乱手段（３
   ０）を設けた請求項１に記載のマッハツェンダー型光導
   波路デバイス。
3. 【請求項３】 前記副光導波路でガイドされた光を検出
   する検出手段（２８）を備え、該検出手段の出力に応じ
   て該主光導波路（１２）への印加電圧を制御する請求項
   １に記載のマッハツェンダー型光導波路デバイス。