JPH0980365A - Waveguide type optical device - Google Patents

Waveguide type optical device

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Publication number
JPH0980365A
JPH0980365A JP23955995A JP23955995A JPH0980365A JP H0980365 A JPH0980365 A JP H0980365A JP 23955995 A JP23955995 A JP 23955995A JP 23955995 A JP23955995 A JP 23955995A JP H0980365 A JPH0980365 A JP H0980365A
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JP
Japan
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waveguide
mode
type optical
optical device
polarization
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Application number
JP23955995A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Toyohara
篤志 豊原
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Publication of JPH0980365A publication Critical patent/JPH0980365A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent deterioration in polarized wave extinction rate due to the mixture of a polarized wave of TM mode when a light signal is modulated by using a polarized wave of TE mode. SOLUTION: On a lithium niobate substrate 42 of the waveguide type optical device 41, a waveguide 43 is formed. Above the waveguide 43, electrodes 45 and 46 are formed across an SiO2 film. With end surfaces of the waveguide substrate 42, an input-side optical fiber 47 and an output-side optical fiber 48 are optically coupled respectively. The output terminal of a driving circuit 49 is connected between the two electrodes 45 and 46. The modulation degree of the driving circuit 49 is set to <=30%. An unillustrated polarization controller is connected to the input-side optical fiber 47 and a polarized wave of TE mode is made incident. On the surface of the waveguide substrate 42 nearby its incidence side, an oblique crossing waveguide 51 is arranged crossing the waveguide 43 and the polarized wave of TM mode is removed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は例えば光通信に使用
される導波路型光デバイスに係わり、詳細には光信号の
変調を行う際にTEモードを使用するようにした導波路
型光デバイスに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a waveguide type optical device used, for example, in optical communication, and more particularly to a waveguide type optical device adapted to use a TE mode when modulating an optical signal. .

【0002】[0002]

【従来の技術】導波路型光デバイスは、電気光学効果を
有する基板を使用している。この基板中には光導波路と
して屈折率の高い部分が形成されており、この導波路の
上部あるいはその近傍に電圧印加のための電極が形成さ
れている。この電極を用いて電界を印加し、屈折率を変
化させることで光の位相や強度を変調したり光路を切り
換えることができる。
2. Description of the Related Art A waveguide type optical device uses a substrate having an electro-optical effect. A portion having a high refractive index is formed as an optical waveguide in this substrate, and an electrode for applying a voltage is formed above or near the waveguide. By using this electrode to apply an electric field and change the refractive index, the phase and intensity of light can be modulated and the optical path can be switched.

【0003】このような導波路型光デバイスの基板に
は、強誘電体材料の中でも比較的高い電気光学効果を示
すニオブ酸リチウム(LiNbO3 )が一般的に使用さ
れている。この導波路型光デバイスでは、ニオブ酸リチ
ウム基板にチタン(Ti)膜を成膜し、所望の導波路パ
ターンにパターニングした後、1000°C前後の高温
で数時間熱拡散して導波路の形成を行っている。この
後、この上に二酸化シリコン(SiO2 )のバッファ層
を成膜し、更にその上面に金属膜によって電極を形成し
てデバイスとなる素子が作成される。
Among the ferroelectric materials, lithium niobate (LiNbO 3 ) which exhibits a relatively high electro-optical effect is generally used for the substrate of such a waveguide type optical device. In this waveguide type optical device, a titanium (Ti) film is formed on a lithium niobate substrate, patterned into a desired waveguide pattern, and then thermally diffused at a high temperature of about 1000 ° C. for several hours to form a waveguide. It is carried out. After that, a buffer layer of silicon dioxide (SiO 2 ) is formed on this, and an electrode is formed on the upper surface of the buffer layer by a metal film, whereby a device element is formed.

【0004】この導波路型光デバイスは、特開昭58−
91426号公報や特開平3−57448号公報に見ら
れるように基板上に光を変調する機能や光路の切り替え
を行う機能の回路部分を集積化することが可能である。
このような機能の回路部分は高速動作が可能なため、大
容量光通信用の外部変調器やOTDR(Optical TimeDo
main Reflectmeter:光パルス試験器または光ファイバ
アナライザ)における光路切替用のスイッチとしての開
発が進められている。なお、OTDRは例えば光ファイ
バの破断点や伝搬ロスを測定する測定器であり、その構
成に光スイッチが使用されている。光スイッチの切り替
え速度が速いほど、破断位置の測定等を高精度で行うこ
とができる。
This waveguide type optical device is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-58
It is possible to integrate a circuit portion having a function of modulating light and a function of switching an optical path on a substrate, as seen in Japanese Patent Laid-Open No. 91426 and Japanese Patent Laid-Open No. 3-57448.
Since the circuit part having such a function can operate at high speed, an external modulator or OTDR (Optical Time Do
Main Reflectmeter: An optical pulse tester or an optical fiber analyzer) is being developed as a switch for switching the optical path. The OTDR is, for example, a measuring device that measures a breaking point or a propagation loss of an optical fiber, and an optical switch is used for its configuration. The higher the switching speed of the optical switch, the more accurately the fracture position can be measured.

【0005】図3は、従来から研究開発および実用化の
ための検討が進められてきたマッハツェンダ型の高速光
変調器の構造を示したものである。マッハツェンダ型光
変調器11のニオブ酸リチウム基板(導波路基板)12
上には導波路13が形成されている。この導波路13
は、左右2か所の分岐部13A、13Bと中央部分の2
本の平行な導波路部分(アーム)13C、13Dを有し
ている。
FIG. 3 shows the structure of a Mach-Zehnder type high-speed optical modulator, which has been studied for research and development and practical application. Lithium niobate substrate (waveguide substrate) 12 of Mach-Zehnder type optical modulator 11
A waveguide 13 is formed on the top. This waveguide 13
Is the two branch parts 13A, 13B on the left and right and the central part 2
It has parallel waveguide portions (arms) 13C and 13D of the book.

【0006】図4は、このマッハツェンダ型光変調器の
A−A′断面図である。導波路基板12の表面近傍に
は、2本の導波路対13C、13Dが形成されており、
これらの上部には導波路基板12全体の表面全体をSi
2 膜14が成膜されている。このSiO2 膜14の上
部には、それぞれの導波路対13C、13Dに対応し
て、クロム・金からなる金属層の電極15、16が形成
されている。
FIG. 4 is a sectional view of the Mach-Zehnder type optical modulator taken along the line AA '. Two waveguide pairs 13C and 13D are formed near the surface of the waveguide substrate 12,
On top of these, the entire surface of the entire waveguide substrate 12 is
The O 2 film 14 is formed. On the upper part of the SiO 2 film 14, electrodes 15 and 16 of a metal layer made of chromium and gold are formed corresponding to the waveguide pairs 13C and 13D.

【0007】図3における導波路基板12の両端面に
は、入力側光ファイバ17あるいは出力側光ファイバ1
8が光学的に結合されている。また、2つの電極15、
16の間には、これらの間に電圧を印加して信号を入力
するための駆動回路19の出力端が接続されている。
The input side optical fiber 17 or the output side optical fiber 1 is provided on both end faces of the waveguide substrate 12 in FIG.
8 are optically coupled. Also, the two electrodes 15,
An output terminal of a drive circuit 19 for applying a voltage between them and inputting a signal is connected between 16.

【0008】図5は、このマッハツェンダ型光変調器に
駆動回路によって電圧を印加した状態を表わしたもので
ある。この電圧印加によって、導波路基板12中に形成
された導波路対13C、13Dに矢印で示したように縦
方向の電界が発生する。この状態で、ニオブ酸リチウム
のもつ電気光学効果によって導波路対13C、13Dの
屈折率が変化する。
FIG. 5 shows a state in which a voltage is applied to the Mach-Zehnder type optical modulator by a drive circuit. By applying this voltage, a vertical electric field is generated in the waveguide pair 13C and 13D formed in the waveguide substrate 12 as indicated by the arrow. In this state, the refractive index of the waveguide pair 13C and 13D changes due to the electro-optic effect of lithium niobate.

【0009】図6は、印加した電圧と導波路型光デバイ
スの光出力との関係を表わしたものである。両電極1
5、16に電圧を印加しない印加ディジタル信号が0V
の状態では、入力側光ファイバ17から入射した光は一
方の分岐部13Aで一旦分岐され、他方の分岐部13B
で合流する。これらの光には位相差が存在しないので、
伝搬損や分岐損を除けば同一の光が出力側光ファイバ1
8に出力されることになる。これに対して両電極15、
16の間に印加する電圧を増加させると、光に位相差を
生じはじめる。この結果として、2つ光の位相が丁度反
転するように両電極15、16の間に電圧を印加する
と、この光の出力は行われないことになる。
FIG. 6 shows the relationship between the applied voltage and the optical output of the waveguide type optical device. Both electrodes 1
The applied digital signal that does not apply voltage to 5 and 16 is 0V
In this state, the light incident from the input side optical fiber 17 is once branched by one branching portion 13A and the other branching portion 13B.
To join. Since there is no phase difference in these lights,
Except for propagation loss and branching loss, the same light is output from the optical fiber 1
8 will be output. On the other hand, both electrodes 15,
Increasing the voltage applied during 16 begins to cause a phase difference in the light. As a result, if a voltage is applied between the electrodes 15 and 16 so that the phases of the two lights are just inverted, this light is not output.

【0010】このような原理を基にして、両電極15、
16に印加する電圧をオン・オフすると、光の変調を行
うことが可能になる。このような動作原理で光の変調を
行う光変調器はマッハツェンダ型光変調器と呼ばれてい
る。
Based on this principle, both electrodes 15,
When the voltage applied to 16 is turned on / off, the light can be modulated. An optical modulator that modulates light based on such an operating principle is called a Mach-Zehnder type optical modulator.

【0011】マッハツェンダ型光変調器は、従来から1
0Gb/sec(秒)またはそれ以上の高速変調に使用
されている。このような高速変調に対応させるために
は、変調電圧Vができるかぎり低いことが望ましい。こ
のため、入射光としては従来からTMモードが使用され
ている。ここでTMモードとは波の伝搬方向に磁場成分
を持たない導波路のモードをいう。これに対して、波の
伝搬方向に電場成分を持たない導波路のモードはTEモ
ードと呼ばれている。しかしながら、変調度を例えば3
0%程度未満のように低く設定して変調をかける場合に
は、必ずしもTMモードによる変調を利用する必要がな
い。むしろ、TMモードによる変調を行った場合には変
調電圧の変動許容差(トレランス)が小さくなって、変
調電圧の制御が厳しくなるという問題が発生する。
The Mach-Zehnder type optical modulator is conventionally
It is used for high speed modulation of 0 Gb / sec (sec) or higher. In order to cope with such high speed modulation, it is desirable that the modulation voltage V is as low as possible. Therefore, the TM mode has been conventionally used as the incident light. Here, the TM mode refers to a mode of a waveguide having no magnetic field component in the wave propagation direction. On the other hand, a waveguide mode having no electric field component in the wave propagation direction is called a TE mode. However, the modulation factor is, for example, 3
When the modulation is set at a low value such as less than 0%, it is not always necessary to use the TM mode modulation. On the contrary, when the modulation is performed in the TM mode, the variation tolerance (tolerance) of the modulation voltage becomes small and the control of the modulation voltage becomes strict.

【0012】更にTMモードを採用した場合にはTEモ
ードを採用した場合と比較して、挿入損失の低減や導波
路構成の簡略化を妨げることになる。
Further, when the TM mode is adopted, compared with the case where the TE mode is adopted, reduction of insertion loss and simplification of the waveguide structure are hindered.

【0013】そこで、特開平5−150199号公報で
は変調度が低い場合に限り、導波路に入射する光の偏光
をTEモードとすることを提案している。これについて
その理論をまず説明する。
Therefore, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 5-150199 proposes that the polarization of the light incident on the waveguide is in the TE mode only when the degree of modulation is low. First, the theory will be explained.

【0014】(A)入射光の偏光状態と変調電圧Vπお
よび変動トレランスについて マッハツェンダ型光変調器は、図6で説明したように電
圧を印加しない(V=0)の状態と印加電圧がVπの状
態の間で電圧変調が行われる。印加電圧Vπは、一般に
次の(1)式で求められる。
(A) Polarization State of Incident Light and Modulation Voltage Vπ and Variation Tolerance In the Mach-Zehnder type optical modulator, as described with reference to FIG. 6, the voltage is not applied (V = 0) and the applied voltage is Vπ. Voltage modulation occurs between states. The applied voltage Vπ is generally obtained by the following equation (1).

【0015】 Vπ=λG/2n3 γΓL ……(1) ここで、λ :光の波長 G :電極間のギャップ n :導波路の屈折率 γ :電気光学定数 Γ :電界と光のオーバラップ積分 L :電極長Vπ = λG / 2n 3 γΓL (1) where λ: wavelength of light G: gap between electrodes n: refractive index of waveguide γ: electro-optic constant Γ: overlap integral of electric field and light L: electrode length

【0016】通常の場合、マッハツェンダ型光変調器に
よる光の変調は、光の出力の最大と最小(この差を消光
比という。)を得る必要から、変調電圧は前記した
“0”と“Vπ”の2つの値が印加され、これによって
光出力をオン・オフするようになっている。また、
(1)式より、Vπの値を低くするためには、構造に伴
うパラメータとしての光の波長λ、電極間のギャップ
G、電界と光のオーバラップ積分Γおよび電極長L以外
に屈折率nと電気光学定数γについても考慮する必要が
ある。一般的には、電気光学定数γを大きくとれるよう
に、導波路基板としてZカット−ニオブ酸リチウム基板
を採用することが多い。
Normally, in the modulation of light by the Mach-Zehnder type optical modulator, it is necessary to obtain the maximum and minimum of the light output (this difference is called the extinction ratio), so the modulation voltage is "0" and "Vπ". Two values of "" are applied to turn the light output on and off. Also,
From the formula (1), in order to reduce the value of Vπ, in addition to the wavelength λ of light as a parameter associated with the structure, the gap G between the electrodes, the overlap integral Γ between the electric field and the light, and the electrode length L, the refractive index n And the electro-optic constant γ also need to be considered. In general, a Z-cut-lithium niobate substrate is often used as the waveguide substrate so that the electro-optic constant γ can be large.

【0017】ある条件下で、光の波長λ、電極間のギャ
ップG、電界と光のオーバラップ積分Γおよび電極長L
を固定して導波路の構造を決定した場合、印加電圧Vπ
は入射光の偏光がTMモードであるかTEモードである
かによって決定される。この場合、各々の印加電圧Vπ
は次の(2)式または(3)式で表わされる。
Under certain conditions, the wavelength λ of the light, the gap G between the electrodes, the overlap integral Γ between the electric field and the light, and the electrode length L.
When the waveguide structure is determined by fixing the
Is determined depending on whether the polarization of incident light is TM mode or TE mode. In this case, each applied voltage Vπ
Is expressed by the following equation (2) or equation (3).

【0018】 Vπ=λG/2n0 3 γ13ΓL ……(2)(TEモードの場合) Vπ=λG/2ne 3 γ33ΓL ……(3)(TMモードの場合)Vπ = λG / 2n 0 3 γ 13 ΓL (2) (in TE mode) Vπ = λG / 2n e 3 γ 33 ΓL (3) (in TM mode)

【0019】ここで、Zカット−ニオブ酸リチウム基板
を使用した場合には、次の(4)式が成立する。 3n0 3 γ13≒ne 3 γ33 ……(4) そこで、光変調器に入射する光の偏光は、通常、TMモ
ードが使用される。
When a Z-cut lithium niobate substrate is used, the following equation (4) is established. 3n 0 3 γ 13 ≈n e 3 γ 33 (4) Therefore, the TM mode is normally used for the polarization of the light incident on the optical modulator.

【0020】図7は、TEモードおよびTMモードによ
り変調をかけた場合の印加電圧Vπと消光比の関係を表
わしたものである。この図から、変調度を下げて光変調
器を使用する場合には、変調電圧の変動トレランスの広
いTEモードを使用する方が望ましいことが判る。
FIG. 7 shows the relationship between the applied voltage Vπ and the extinction ratio when modulation is performed in the TE mode and the TM mode. From this figure, it can be seen that when the optical modulator is used with a reduced degree of modulation, it is preferable to use the TE mode, which has a wide variation tolerance of the modulation voltage.

【0021】(B)入射光の偏光状態と挿入損失につい
て 図8は、TMモードとTEモードの双方における導波路
内の電界の方向を示したものである。同図(a)はTE
モードの場合を、また同図(b)はTMモードの場合を
それぞれ示しており、矢印21、22は導波光の電界成
分を表わしている。TMモードの偏光が導波路を伝搬す
る際には、同図(a)から判るように伝搬経路が非対称
構造であるため伝搬損失が大きくなる。逆にTEモード
の偏光が導波路を伝搬する場合には、同図(b)から明
らかなように伝搬経路が対称構造となっているために、
伝搬損失はTMモードの伝搬に比較して小さく抑えるこ
とができる。
(B) Polarization state of incident light and insertion loss FIG. 8 shows the directions of the electric field in the waveguide in both the TM mode and the TE mode. The same figure (a) is TE
The case of the mode and the case of the TM mode are shown in FIG. 9B, and the arrows 21 and 22 represent the electric field components of the guided light. When the TM-mode polarized light propagates through the waveguide, the propagation loss becomes large because the propagation path has an asymmetric structure as seen from FIG. On the contrary, when the TE-mode polarized light propagates in the waveguide, the propagation path has a symmetrical structure as is clear from FIG.
Propagation loss can be suppressed smaller than that in TM mode propagation.

【0022】以上のことから、マッハツェンダ型光変調
器については次の結論を導くことができる。 TEモード伝搬:挿入損失小。印加電圧Vπは大 TMモード伝搬:挿入損失大。印加電圧Vπは小
From the above, the following conclusions can be drawn for the Mach-Zehnder type optical modulator. TE mode propagation: Small insertion loss. Applied voltage Vπ is large TM mode propagation: Large insertion loss. Applied voltage Vπ is small

【0023】したがって、光変調器をその変調度を下げ
て使用する場合には、TEモードを利用することで次の
ような改善およびメリットを得ることができる。 変調電圧の変動トレランスが広がる。 挿入損失がTMモードと比較して低くなる。
Therefore, when the optical modulator is used with a reduced degree of modulation, the TE mode can be used to obtain the following improvements and merits. The variation tolerance of the modulation voltage is widened. Insertion loss is lower than in TM mode.

【0024】図9は、特開平5−150199号公報で
提案された導波路型光デバイスの一例を表わしたもので
ある。この導波路型光デバイス31には、光源32から
出射された光が偏波コントローラ33を介してTEモー
ドの偏波34として入射する。導波路型光デバイス31
は、途中で平行な2本の導波路対に分岐して再び合流す
る導波路35が形成されており、導波路対の上方には電
極36、37が形成されている。これらの電極36、3
7に対して、駆動回路38から変調のための電圧が印加
されるようになっている。導波路型光デバイス31の出
力側からは変調光39が出力されることになる。
FIG. 9 shows an example of a waveguide type optical device proposed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-150199. The light emitted from the light source 32 enters the waveguide type optical device 31 as a TE mode polarized wave 34 through the polarization controller 33. Waveguide type optical device 31
Is formed with a waveguide 35 that branches into two parallel waveguide pairs on the way and joins again, and electrodes 36 and 37 are formed above the waveguide pair. These electrodes 36, 3
A voltage for modulation is applied to drive signal 7 from drive circuit 38. The modulated light 39 is output from the output side of the waveguide type optical device 31.

【0025】[0025]

【発明が解決しようとする課題】このような従来の導波
路型光デバイス31では、偏波コントローラ33によっ
て入射光がTEモードとなるので、変調電圧の変動トレ
ランスを拡大することができ、また、挿入損失を低減す
ることができる。
In such a conventional waveguide type optical device 31, since the polarization controller 33 causes the incident light to be in the TE mode, it is possible to increase the variation tolerance of the modulation voltage. Insertion loss can be reduced.

【0026】従来のこのような導波路型光デバイス31
では、TE成分のみを入射するようにしている。このた
めには、一般に光源32の偏波消光比、すなわちTEモ
ードの偏波とTMモードの偏波の成分比を大きくして、
この光源32と導波路35の端面間を偏波保持ファイバ
(PMF)で光学的に接続することになる。この場合に
は、偏波保持ファイバの主軸を導波路35に対して垂直
あるいは水平に安定して維持する必要がある。このよう
にすれば、導波路35にはTE成分のみを入射すること
が理論的に可能である。
Such a conventional waveguide type optical device 31
Then, only the TE component is made incident. For this purpose, generally, the polarization extinction ratio of the light source 32, that is, the component ratio of the TE mode polarization and the TM mode polarization is increased,
The light source 32 and the end face of the waveguide 35 are optically connected by a polarization maintaining fiber (PMF). In this case, it is necessary to stably maintain the main axis of the polarization maintaining fiber vertically or horizontally with respect to the waveguide 35. In this way, it is theoretically possible to enter only the TE component into the waveguide 35.

【0027】しかしながら、主軸の角度合わせやファイ
バあるいは外的な要因によって、偏波消光比が劣化する
可能性がある。ここで外的要因とは、例えば温度変化や
偏波保持ファイバへの応力の印加等をいう。偏波消光比
が劣化すると、TEモード以外にTMモードの偏波が入
射することになるので、変調波形の歪みを招き、伝送品
質の低下に結びつくことになる。
However, the polarization extinction ratio may be deteriorated due to the angle adjustment of the main axis, the fiber, or an external factor. Here, the external factor means, for example, temperature change, application of stress to the polarization maintaining fiber, or the like. When the polarization extinction ratio deteriorates, polarization of TM mode in addition to TE mode is incident, resulting in distortion of the modulation waveform and deterioration of transmission quality.

【0028】そこで本発明の目的は、TEモードの偏波
を用いて光信号の変調を行う場合に、TMモードの偏波
の混入による偏波消光比の劣化を防止することのできる
導波路型光デバイスを提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is a waveguide type which can prevent deterioration of the polarization extinction ratio due to mixing of TM mode polarization when the optical signal is modulated using the TE mode polarization. It is to provide an optical device.

【0029】[0029]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明で
は、(イ)導波路が形成されその導波路の近傍に少なく
とも一対の電極を有する導波路基板と、(ロ)導波路の
入射側に配置されTEモードの偏波を主として入射させ
る偏波入射手段と、(ハ)導波路基板の導波路上に配置
され偏波入射手段から入射された光のTMモード成分を
除去するTMモード成分除去手段とを導波路型光デバイ
スに具備させる。
According to a first aspect of the present invention, (a) a waveguide substrate having a waveguide formed therein and having at least a pair of electrodes in the vicinity of the waveguide, and (b) an incident side of the waveguide. And (c) a TM mode component for removing the TM mode component of the light incident from the polarization incidence means arranged on the waveguide of the waveguide substrate. The removing means is provided in the waveguide type optical device.

【0030】すなわち請求項1記載の発明では、導波路
にTEモードの偏波を主として入射させると共に、TM
モードの偏波をTMモード成分除去手段で除去するよう
にして、偏波消光比の劣化を防止するようにした。
That is, according to the first aspect of the invention, the TE mode polarized wave is mainly incident on the waveguide and the TM
The polarization of the mode is removed by the TM mode component removing means to prevent the deterioration of the polarization extinction ratio.

【0031】請求項2記載の発明では、(イ)導波路が
形成されその導波路の近傍に少なくとも一対の電極を有
する導波路基板と、(ロ)一対の電極に比較的変調度の
浅い信号を印加する変調手段と、(ハ)導波路の入射側
に配置されTEモードの偏波を主として入射させる偏波
入射手段と、(ニ)導波路基板の導波路上に配置され偏
波入射手段から入射された光のTMモード成分を除去す
るTMモード成分除去手段とを導波路型光デバイスに具
備させる。
According to the second aspect of the invention, (a) a waveguide substrate having a waveguide and at least a pair of electrodes in the vicinity of the waveguide, and (b) a signal having a relatively shallow modulation degree on the pair of electrodes. And (c) a polarization incident means arranged on the incident side of the waveguide for mainly injecting a TE mode polarized wave, and (d) a polarization incident means arranged on the waveguide of the waveguide substrate. The waveguide type optical device is provided with a TM mode component removing means for removing the TM mode component of the light incident on the optical waveguide device.

【0032】すなわち請求項2記載の発明では、導波路
にTEモードの偏波を入射させ信号の変調度を低くした
ので、変調電圧の変動トレランスの広くなり、また、挿
入損失がTMモードに比べて低くなる。また、本発明で
はTMモード成分除去手段を用いてTMモードの偏波が
混在した場合にこれを除去するようにしたので、温度の
変動等によって偏波入射手段からTMモードの偏波が混
在して入力された場合にも偏波消光比の劣化を防止する
ことができる。
That is, according to the second aspect of the invention, since the TE mode polarized wave is incident on the waveguide to reduce the modulation degree of the signal, the fluctuation tolerance of the modulation voltage is widened, and the insertion loss is higher than that of the TM mode. Becomes lower. Further, in the present invention, the TM mode component removing means is used to remove the TM mode polarized waves when they are mixed, so that the TM mode polarized waves are mixed from the polarized wave incident means due to temperature fluctuation or the like. Even when the input is input as, it is possible to prevent the deterioration of the polarization extinction ratio.

【0033】請求項3記載の発明では、TMモード成分
除去手段は、導波路基板に形成された導波路に交差する
1または互いに平行に配置された複数本の交差導波路で
あることを特徴としている。このような簡単な構造で偏
波消光比の劣化を防止することができるので、偏波入射
手段の構成の簡略化とコストダウンを図ることが可能に
なる。もちろん、これ以外のTMモード除去手段であっ
てもよい。
The invention according to claim 3 is characterized in that the TM mode component removing means is one or a plurality of intersecting waveguides arranged in parallel with each other so as to intersect with the waveguide formed on the waveguide substrate. There is. Since the polarization extinction ratio can be prevented from being deteriorated by such a simple structure, it is possible to simplify the configuration of the polarization incidence unit and reduce the cost. Of course, other TM mode removing means may be used.

【0034】請求項4記載の発明では、交差導波路は導
波路を光が伝搬する方向に15°傾斜していることを特
徴としている。これにより、TMモードの偏波の除去を
効率的に行うことができる。
According to a fourth aspect of the invention, the crossed waveguides are inclined by 15 ° in the direction in which light propagates through the waveguides. As a result, it is possible to efficiently remove the TM mode polarized wave.

【0035】請求項5記載の発明では、変調手段の変調
度は30%以下であることを特徴としている。このよう
な浅い変調を行う場合には、TMモードでは変調電圧の
変動トレランスが小さくなり変調電圧の制御が厳しくな
るが、TEモードを採用するとこの問題が解決され、挿
入損失の低減および導波路構成の簡略化の点で有利とな
る。
The invention according to claim 5 is characterized in that the modulation degree of the modulating means is 30% or less. When such a shallow modulation is performed, the fluctuation tolerance of the modulation voltage becomes small in the TM mode and the control of the modulation voltage becomes strict. However, when the TE mode is adopted, this problem is solved, the insertion loss is reduced, and the waveguide structure is reduced. Is advantageous in terms of simplification.

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

【0037】[0037]

【実施例】以下実施例につき本発明を詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below with reference to embodiments.

【0038】図1は本発明の一実施例におけるマッハツ
ェンダ型光変調器を実現した導波路型光デバイスを表わ
したものである。本実施例の導波路型光デバイス41の
ニオブ酸リチウム基板(導波路基板)42上には導波路
43が形成されている。導波路43は、図1で説明した
ものと同様に2本の互いに平行な導波路対(アーム)4
3C、43Dを有している。これらの上方には、図示し
ないSiO2 膜を介してクロム・金からなる金属層の電
極45、46が形成されている。導波路基板42の両端
面には、入力側光ファイバ47あるいは出力側光ファイ
バ48が光学的に結合されている。また、2つの電極4
5、46の間には、電圧を印加して変調のための信号を
入力するための駆動回路49の出力端が接続されてい
る。本実施例では浅い変調を行うため、変調度は30%
以下に設定されている。
FIG. 1 shows a waveguide type optical device which realizes a Mach-Zehnder type optical modulator in one embodiment of the present invention. A waveguide 43 is formed on the lithium niobate substrate (waveguide substrate) 42 of the waveguide type optical device 41 of this embodiment. The waveguide 43 includes two waveguide pairs (arms) 4 which are parallel to each other as in the case described in FIG.
It has 3C and 43D. Above these, metal layer electrodes 45 and 46 made of chromium and gold are formed via a SiO 2 film (not shown). An input side optical fiber 47 or an output side optical fiber 48 is optically coupled to both end faces of the waveguide substrate 42. Also, two electrodes 4
An output end of a drive circuit 49 for applying a voltage and inputting a signal for modulation is connected between 5 and 46. Since shallow modulation is performed in this embodiment, the modulation degree is 30%.
It is set as follows.

【0039】入力側光ファイバ47には、図示しないが
図9と同様にTEモードの偏波を出射するための偏波コ
ントローラ33が接続されており、これには光源32か
ら出射された光が入射するようになっている。
Although not shown, a polarization controller 33 for emitting a TE mode polarized wave is connected to the input side optical fiber 47, and the light emitted from the light source 32 is connected to the polarization controller 33. It is supposed to be incident.

【0040】また、本実施例の導波路型光デバイス41
はその導波路基板42の入射側近傍の表面に、導波路4
3と交差する形で3本の斜め交差導波路51を配置して
いる。斜め交差導波路51は、導波路43の伝搬方向に
対して15°だけ傾いた構成となっている。この斜め交
差導波路51は、導波路43にTMモードの偏波が伝搬
するときこの成分を除去するために使用される。
The waveguide type optical device 41 of this embodiment is also used.
On the surface of the waveguide substrate 42 near the incident side,
Three diagonally intersecting waveguides 51 are arranged so as to intersect with 3. The diagonal crossing waveguide 51 is inclined by 15 ° with respect to the propagation direction of the waveguide 43. The diagonal crossing waveguide 51 is used to remove this component when the TM mode polarized wave propagates in the waveguide 43.

【0041】図2は、本実施例の導波路型光デバイスと
図9で示した従来の導波路型光デバイスについて、環境
温度と偏波消光比の関係を比較して示したものである。
図9で示した従来の導波路型光デバイスでは、一方の特
性曲線53で示すように偏波消光比が温度によって変動
するが、本実施例の導波路型光デバイスでは斜め交差導
波路51がTMモードの偏波成分を除去するので、他方
の特性曲線54で示すように偏波消光比が温度に依存せ
ず一定となる。しかも、このTMモードの偏波の除去に
より、偏波消光比は従来のものよりも一段と高い値を示
すようになる。
FIG. 2 shows a comparison between the ambient temperature and the polarization extinction ratio of the waveguide type optical device of this embodiment and the conventional waveguide type optical device shown in FIG.
In the conventional waveguide type optical device shown in FIG. 9, the polarization extinction ratio fluctuates with temperature as shown by one characteristic curve 53, but in the waveguide type optical device of the present embodiment, the oblique cross waveguide 51 is Since the TM-mode polarization component is removed, the polarization extinction ratio becomes constant independent of temperature, as shown by the other characteristic curve 54. Moreover, due to the elimination of the TM-mode polarization, the polarization extinction ratio becomes much higher than the conventional one.

【0042】なお、本実施例の導波路型光デバイス41
の挿入損失は2.0dBであり、従来から使用されてい
るTMモードを利用したマッハツェンダ型光変調器の挿
入損失である3.5dBと比較すると、1.5dBだけ
改善することができる。また、変調度を10±1%とし
たときの変調電圧の変動トレランスは、TMモードが±
0.3Vであるのに対して、TEモードでは±0.9V
となり、1.2Vだけ拡大することができる。
The waveguide type optical device 41 of this embodiment is used.
Has an insertion loss of 2.0 dB, which can be improved by 1.5 dB as compared with the insertion loss of 3.5 dB which is a conventionally used Mach-Zehnder type optical modulator using the TM mode. Further, the variation tolerance of the modulation voltage when the modulation degree is 10 ± 1% is ±
0.3V, but ± 0.9V in TE mode
Therefore, it can be expanded by 1.2V.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上説明したように請求項1記載の発明
によれば、TMモードの偏波をTMモード成分除去手段
で除去するようにして、偏波消光比の劣化を防止するよ
うにしたので、環境の変化等によってTMモードの偏波
が混入した場合でもTEモードで安定して動作させるこ
とができる。
As described above, according to the first aspect of the invention, the TM mode polarization is removed by the TM mode component removing means to prevent the deterioration of the polarization extinction ratio. Therefore, even when TM-mode polarized waves are mixed in due to changes in the environment, it is possible to stably operate in the TE-mode.

【0044】また、請求項2および請求項5記載の発明
によれば、導波路にTEモードの偏波を入射させ信号の
変調度を低くしたので、変調電圧の変動トレランスが広
くなり、また、挿入損失がTMモードに比べて低くな
る。また、TMモード成分除去手段を用いてTMモード
の偏波が混在した場合にこれを除去するようにしたの
で、温度の変動等によって偏波入射手段からTMモード
の偏波が混在して入力された場合にも偏波消光比の劣化
を防止することができる。
According to the second and fifth aspects of the invention, since the TE mode polarized wave is incident on the waveguide to reduce the modulation degree of the signal, the fluctuation tolerance of the modulation voltage is widened, and Insertion loss is lower than in TM mode. Further, since the TM mode component removing means is used to remove the TM mode polarized waves when mixed, the TM mode polarized waves are mixedly input from the polarized wave incident means due to temperature fluctuations or the like. In this case, the deterioration of the polarization extinction ratio can be prevented.

【0045】更に請求項3および請求項4記載の発明に
よれば、導波路基板に形成された導波路に交差する1ま
たは互いに平行に配置された複数本の交差導波路である
ことを特徴としている。このような簡単な構造で偏波消
光比の劣化を防止することができるので、偏波入射手段
の構成の簡略化とコストダウンを図ることが可能にな
る。
Further, according to the inventions of claims 3 and 4, one or a plurality of intersecting waveguides arranged in parallel with each other intersecting with the waveguide formed on the waveguide substrate are characterized. There is. Since the polarization extinction ratio can be prevented from being deteriorated by such a simple structure, it is possible to simplify the configuration of the polarization incidence unit and reduce the cost.

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

【図1】本発明の一実施例におけるマッハツェンダ型光
変調器を実現した導波路型光デバイスの平面図である。
FIG. 1 is a plan view of a waveguide type optical device that realizes a Mach-Zehnder type optical modulator according to an embodiment of the present invention.

【図2】本実施例の導波路型光デバイスと図9で示した
従来の導波路型光デバイスについて、環境温度と偏波消
光比の関係を比較した特性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram comparing the relationship between the environmental temperature and the polarization extinction ratio between the waveguide type optical device of this example and the conventional waveguide type optical device shown in FIG.

【図3】従来提案されたマッハツェンダ型の高速光変調
器の構造の一例を示した平面図である。
FIG. 3 is a plan view showing an example of a structure of a conventionally proposed Mach-Zehnder type high-speed optical modulator.

【図4】このマッハツェンダ型光変調器のA−A′断面
図である。
FIG. 4 is a sectional view taken along the line AA ′ of the Mach-Zehnder interferometer type optical modulator.

【図5】このマッハツェンダ型光変調器に駆動回路から
電圧を印加した状態を表わした説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state in which a voltage is applied from a drive circuit to the Mach-Zehnder interferometer type optical modulator.

【図6】導波路型光デバイスに対して印加した電圧と光
出力との関係を表わした特性図である。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between a voltage applied to a waveguide type optical device and an optical output.

【図7】TEモードおよびTMモードにより変調をかけ
た場合の印加電圧Vπと消光比の関係を表わした特性図
である。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship between an applied voltage Vπ and an extinction ratio when modulation is performed in a TE mode and a TM mode.

【図8】TMモードとTEモードの双方における導波路
内の電界の方向を示した説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing directions of an electric field in a waveguide in both TM mode and TE mode.

【図9】特開平5−150199号公報で提案された導
波路型光デバイスの一例を表わした概略構成図である。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing an example of a waveguide type optical device proposed in JP-A-5-150199.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

32 光源 33 偏波コントローラ 41 導波路型光デバイス 42 導波路基板 43 導波路 45、46 電極 47 入力側光ファイバ 48 出力側光ファイバ 49 駆動回路 51 斜め交差導波路 32 light source 33 polarization controller 41 waveguide type optical device 42 waveguide substrate 43 waveguide 45, 46 electrode 47 input side optical fiber 48 output side optical fiber 49 drive circuit 51 diagonal crossing waveguide

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 導波路が形成されその導波路の近傍に少
なくとも一対の電極を有する導波路基板と、 前記導波路の入射側に配置されTEモードの偏波を主と
して入射させる偏波入射手段と、 前記導波路基板の導波路上に配置され前記偏波入射手段
から入射された光のTMモード成分を除去するTMモー
ド成分除去手段とを具備することを特徴とする導波路型
光デバイス。
1. A waveguide substrate in which a waveguide is formed and at least a pair of electrodes is provided in the vicinity of the waveguide, and polarized wave incidence means arranged on the incident side of the waveguide for mainly injecting a TE mode polarized wave. And a TM mode component removing unit arranged on the waveguide of the waveguide substrate to remove the TM mode component of the light incident from the polarization incidence unit.
【請求項2】 導波路が形成されその導波路の近傍に少
なくとも一対の電極を有する導波路基板と、 前記一対の電極に比較的変調度の浅い信号を印加する変
調手段と、 前記導波路の入射側に配置されTEモードの偏波を主と
して入射させる偏波入射手段と、 前記導波路基板の導波路上に配置され前記偏波入射手段
から入射された光のTMモード成分を除去するTMモー
ド成分除去手段とを具備することを特徴とする導波路型
光デバイス。
2. A waveguide substrate in which a waveguide is formed and at least a pair of electrodes is provided in the vicinity of the waveguide, a modulation means for applying a signal having a relatively shallow modulation degree to the pair of electrodes, and the waveguide of the waveguide. Polarization incidence means arranged on the incident side for mainly injecting the TE mode polarization, and TM mode for eliminating the TM mode component of the light incident from the polarization incidence means disposed on the waveguide of the waveguide substrate. A waveguide type optical device comprising: a component removing unit.
【請求項3】 前記TMモード成分除去手段は、前記導
波路基板に形成された導波路に交差する1または互いに
平行に配置された複数本の交差導波路であることを特徴
とする請求項1または請求項2記載の導波路型光デバイ
ス。
3. The TM mode component removing means is one or a plurality of intersecting waveguides arranged in parallel with each other that intersect with the waveguide formed on the waveguide substrate. Alternatively, the waveguide type optical device according to claim 2.
【請求項4】 前記交差導波路は前記導波路を光が伝搬
する方向に15°傾斜していることを特徴とする請求項
3記載の導波路型光デバイス。
4. The waveguide type optical device according to claim 3, wherein the crossed waveguides are inclined by 15 ° in a direction in which light propagates through the waveguides.
【請求項5】 前記変調手段の変調度は30%以下であ
ることを特徴とする請求項2記載の導波路型光デバイ
ス。
5. The waveguide type optical device according to claim 2, wherein the modulation degree of the modulation means is 30% or less.
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