JPS6286327A - 光変調器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明（５１光変調器、特に詳細（こ（ま先導波路から
の導波光の取出しを制御すること（Ｊ土−）で光変調を
行なうようにした光変調器に関りろらのであろ３゜（従
来の技術） 例えばレーザビーム等の光ビームを外部変調する光変調
器と（）て従来より、ＦＯＭ（電気光学光変調器）やＡ
ＯＭ（呂響光学光変調器）等か知られている。また最近
でｔｉｔ、電気光学材料を用いた先導波路型の光変調器
も提供されている。このような光導波路型の光度ｉｌｌ
器と（）て良く知られているものの一つに、光導波路へ
の電Ｗ等の印１１１１を制御することによって導波し−
ドと放ｑ・ｊモードとを切り換え、それによって光力波
路からの出１１ＪＩ光を変調するようにしたしのが挙げ
られる（Ａｒ）ｒ）ｌ。

ｐｈｙｓ、１．ｅＴｉ、、ＶＯｌ、　／１５　　Ｐε３
／１０１９８４ニアブライド　ノイジツクス　レターズ
４１　１３４０頁　１９８７１′ｒト参照）。

ところが上記のような構成の光変調器において１ｌｌ１
、敢ｑ・１土−トにＡ’３１−Ｊる光導波路からの光取
出し効率か低いため、十分に高い消光化が得られないと
いう問題かある３゜ （発明の［１的） てこで本発明は、ｌ−分に高い消光比が得られる、光導
波路！１°１の光変調器を提供することを目的とするも
のである。

（発明の構成） 本発明の光変調器は、少’、＞くとも一方かエネルギー
（ｓｒ　Ｊｏｎにより光屈折率を変える材料からなり、
ないに密着された光導波層（路）と通常は該光導波層よ
りも小さい光屈折率を示す隣接層との積層体と、 上記光導波層および／　ｔ　ｔｃ　Ｇは隣接層に、光導
波層内を進む導波光の光路に治って設（プられたエネル
ギーイ」加手段と、 上記隣接層の表面の、十記エネルギー付加手段にＪ：る
Ｔネルギー句加箇所に対応する部分に設ε）られた回折
格子と、 上記エネルギー付７１１手段を所定のエネルギー付ｈ１
状態に設定し、その■オル髪“−の（１−＃ｎ箇所にお
いて導波光か上記回折帽子との相Ｉ７作用にＪ、す１−
記積層体の外に出０＝Ｊリ−ろように光導波層おＪ、び
／または隣接層の光屈折率を変化ざ１！る駆動回路とか
らなるものである。

（作　　用） 上記構成の光変調器にｄ’＞いて（９１１、光導波層の
光屈折率（ｎｌ）および／また１、１．隣接１州の光ｋ
ｊ（折率（ｎｌ、通常状態Ｊ／、【わち［ネル尤−がイ
＝１’　）ＩＩ＋されていない状態ではｎｌ＞ｎｌの関
係を持つ）を、その差（ｎｚ　　ｎｌ＞が小さくイア　
＜ｌように、あるいはｎ２≦ｎ１とイ韮ろＪ、゛）にゆ
化さ１．Ｂで、ｙｆ、導波層中に閉じ込められた導波光
のＷ分イ１ｊを変化さ−け、回折格子との相Ｎ作用（こ
にって５９波光を光導波Ｎと隣接層との積層体から外部
へ取り出すことかできる。したかつて上記■−ネノ１八
１サーの（’Ｉ’　７１１１を制御りることにＪ：す、
積層体から外部への導波光収用しを制御でき、光導波層
から出ｑ・１する光を変調Ｊることができる。つまり導
波光を積層体外に取り出せば、光導波層から出身・１１
６尤の強Ｍ（１低下し、うり波光の取出しを停止１−さ
−ければ光導波層から出ｑ４η−ろ光の強ｍ（３１、増
入り−る。また士）小の通り積層体から外部への導波光
取出しを制御できるから、このＩｌ！出し光を被変調光
とするように使用することも可能で゛ある。

ここで上記積層体から導波光が取り出される仕組みにつ
い−Ｃ１さら（こ詳しく説明する。例えば第１図に示す
Ｊ、うに光変調器が、基板１０上に光導波層１１、回折
格子Ｇをもつ隣接層１２（−例として電気光学材料から
形成されているものとする）を有し、基板１（）の光屈
折率ｎ３、光導波層１１の光屈折率ｎ２、電Ｗを印加（
）でいないときの隣接層１２の光屈折率ｎ１０間にｎｌ
　＞ｎｌ、ｎ３の関係が成り立っているものとする。

第１図で゛示し１−構成の場合、その電界非印１１０時
の分散曲線は第２図（ａ）のように表わされる。

第２図（ａ）において縦軸は光の実効屈折率を、ｆｌｋ
　／（ＩＭｌｍｌ　（Ｊ、光導波層１１の厚みを表わし
、光導波層１１の厚みを土と゛りると、光導波層１１の
実効屈折率１；ｌ；　ｒ）ｅＨである。この時導波光１
４の界分布く電界分布）は、例えば土［二〇七−トを仮
定覆ると、第３図（ａ＞のＪ、うに表わ七きれる１、第
３図（ａ　）　１．１゜導波光が隣接１ｒｉ′１１２−
ｊ’１早４ＪｉｉｌＯＬＴ　Ｆ）−？Ｊ’／）ＩＭｆｉ
、７Ａ出シー（いるものの、回折格子Ｇど相ｔ７竹川を
するＩＪｌ；、１．いたらず、導波光かはとんど外部へ
）１１■れす（５二光導波層１１中を進行している状（
１にを示じ′Ｃいろ。

次に、隣接層１？に１接あるい（，１、中間Ｎを介して
股（フた電極対（（二の第１図（、おいては図小１！ず
）の電極間に電界を印＃Ｉｌ　１／　’Ｃ１Ｃ１電量１
隙［）の部分（こお（〕る隣隣接層？の光１ハ（１斤率
をｎｌ　から［）１　＋△ｎへ増大ざぜる９、この時、
分散曲線（，１第２図（［））の１点鎖線で表わｌ！ら
れ、光力波層１１の実効１ｉＴ！折率ｎ。ｆｆ　’よ”
　ｃｆｆ　’こ増大する３、この時の導波光の電界分布
は第３図（ｂ　）　０’）　、、Ｊ、−）に変化し、隣
接層１２への導波光の浸み出し光か、回１ｊ１格了Ｑ　
、ｊ−ｌ−分相亙作用するＪ、う（こ増１１１１りろ、
、イの結宋、図の斜線部の浸み出し尤か図の１方（回折
格子０の（Φ類によって（Ｊｌ、下プＪ　−、”ｌ　Ｉ
Ｊ、　ｌ下双１ｊ　）へ放０’ｌさｆ’ｌイｒがら進行
し、遂に（：１１、（−１とんと０戸９波光が外部へ取
り出される。

また、第１図で示した構成において、隣接層１２の光屈
折率をｎｌからｎ１斗／＼［］″に変化させたとき、こ
のｎ、十△ｎｌ＋の値が、隣接層１２の光屈折率の変化
に伴って変化する光導波層１１の実効屈折率ｎ　１１　
　　と等しくなるほどに大きくなると、ｆｆ その分散曲線は第２図（Ｃ）の１点鎖線のＪ：うに／、
工す、導波光＜７１導波上−ドから散開モードへ変換し
、光（ま隣接Ｍ１２へ移行する。このときの導波光の電
界分布は第３図（Ｃ）のように変化し、導波光は隣接層
１２へ多量に漏れ出し、回折格子Ｇと相（１作用し′Ｃ
図の上方（Ｊ３よび、／また（よ下方）へ放ｑ・１され
イ丁から進行（）、速やかに外部に取り出される３、ま
た、隣接層１２の光屈折率ｎ１を光導波層１１の光屈折
率ｎ２と略等しいか又ＩＪ：　ｎ　２よりも太きく’ｌ
るように変化さけることによって、光導波層１１内の導
波光の仝反ｑ１条（１を変化させて導波光を隣接層中（
こ移動さ【！、史に回折格子Ｇとの相方作用により、外
部へ取り出づことができる。

今Ｊ３前述のように隣接層１２を電気光学材料から形成
してその光屈折率を変化さける他、反対に光導波層１１
を電気光学材料から１１う成（］てぞこに電（〜対を設
（プ、該光導波層Ｈの光ｂ↑（折率を変化さ１！る（低
下さ１！ろ）Ｊ−うにしｃｏよい（）、さら（、＝（；
〕光導波層１１と隣接層１２の双方を電気光学材料から
形成して双方に電１４１λ１を田ノ、双方の光１ｔ１（
折率を変化させるよう（こし−てもＪ−い、。

なお上述のようにして積層体外へ取り出される光を被変
調光と覆る場合（ご１．１５、回折格子０を集光性回折
格子とし−（Ｊｊ＜ことか好Ｊニジい。１１−なゎらそ
のようにすれば、被変調光１．１一点に集光（ノ、散逸
か防止される。

（実施態様） 以下、図面に示す実施態様に基づいて本発明の詳細な説
明する。

第４図は本発明の一実施態様による光変調器２゜を示す
ものである。基板１（）の口こ（，４１、光導波層１１
と該光導波層１１に密着した隣接層１２とからなる積層
体１３））’ＫＱけられている。＜ｆｆｉお隣接層１２
Ｌｌニ一例として、前述した電気光学材料から形成され
ている。

そして前述のように光導波層１１内を光か）ｆｆ行しう
るように光導波層１１、隣接層１２、基板１ｏ（よぞれ
ぞれ、前ｈ１］関係 ｎ２　〉ｎ　１　ｚ　ｎ　３ を満たす１．１１’ｌから形成されている。イ【お前述
の通り、ｎ２Ｎ　ｎ３はそれぞれ光導波層１１、基板１
ｏの光屈折率、ｎｌは隣接層１２の電弄非印加時の光屈
折率で市る。このような光導波層１１、隣接層１２、基
板１０の斗４利の相合Ｖとして１よ例えば、（ＮｂｚＯ
５：　Ｋ３　ｌ　　１２Ｎｂ５０１ｓ　ニガラス〕、（
Ｎｂ２０５　　：　ｌ−！　ＮｂＯ３ニガラス］等が挙
げられる。

１、ｒ　！３先導波路については、例えばティー　タミ
ール（Ｔ、　’Ｔａｍ　ｉ　ｒ　）編［インテグレイテ
ッドオプティクス（Ｉｎ−ｔ−ｅｇｒａｌ−ｅｄ　　０
ｐｔｉＣ８）Ｉ　　（トピックス　イン　アプライド　
フィジックス（Ｔｏｐｉｃｓ　　ｉｎ　　ＡｐＦ）ｌ！
ｅｄｒ〕ｈｙｓｉｃｓ）第７巻）スプリンガー　フェア
ラーグ（ｓｐｒ　ｉ　ｎｇｅｒ　−■ｅｒ　ｌ　ａｇ）
刊（１９７５）：西原、春名、栖原共著（光集積回路１
オームネ１刊（１９８５）等の成著に詳細な記’ｒ’ｄ
’−７’）’ｉ　アリ、水弁１１ＪＩでは晃迩姑Ｍ　圀
簿關　甘稽畠絹合せとし−Ｃ１これら公知の光書波路の
いり′れをも使用できる。まＩζ＝−例と（）て）１−
力波層１１．１１列接層１２、基板１０はぞれぞれｌマ
さ０．計）〜１ｒｉ　ｆｔ　ＩＴＩ、１〜５０　ｕ　ｍ
、１／１ｒｎｌス＋に形成すｔｌルカ、コレに限られる
ものでは／＞０゜ 隣接層１２内に（ま電極月△１．Ａ２／〕％グ（）られ
（いる。これらの電極対△コ、Ａ２４．ｔ、−例とし一
℃Ｎいの間隔か１０９ｒｌＶ〜５　Ｉｍ稈［ａとなるよ
う（・二配設されており、基板１（）目Ｊ形成されたト
ラーイバ１５に接続されている。なおドライバ１５（Ｌ
置板１０とは独立して設（〕られで６よい。」、た隣接
層１２の表面には、上記電極文・１△１、Ａ２間の間隙
に対向ｔＪる位買において回折格子０が形成されている
１、一方光う９波層１１に（３１、電極対△１、Ａ２の
間の間隙の延長上において、導波路１ノンズ１６が形成
されており、まｔこ阜仮１０に略よ光導波層１１内の１
−記増波路レンズ１６に向ｃ）てレーザビーム１４′を
ｑ・１出り−る崖導体レーザ１７か取り（’ｔ　Ｌ：Ｊ
られている。

以下、１紀構成の光変調器２０の１１動について説明す
る。レーザビーム１４′を例λ、ば′画像記録、光通信
等に利用りる際、半導体レーザ１７が駆動され、１ノー
ザビーム１４′が光導波層１１内にｑ・Ｊ出される。

この１ノーリ“じ−ム１／ｌ’　ｌ；Ｉ、導波路レンズ
１６によって甲信光１／Ｉどされ、この光１４は光導波
層１１内にａ３い′（、電（ｉＩ虜対Ａ１、Ａ２の間の
部分を導波モードでｊｌ（１″−ｊする。このＪ、うに
光導波層１１内を進行した光（導波光）１１’Ｌ１．、
−例としてカプラープリズム１８を介して光）ｑ波層１
１外（こ山川する。

ここで上記電極対へ１、Ａ２間に（ま、ドライへ１　ｌ
）Ｍより、例えば画像仁８等に阜づいて所定の電１１か
印１１１１されろ。こうして電極対△１、Ａ２の間隙に
電Ｗが１１１１λられると、この電界か１１１］えられ
ｌこ部分の隣接層１２の光屈折率が高くなる。覆ると前
述しｌこように導波光１　／Ｉ　ＩＪＩこの間隙部分に
おいて光脣波ｊ苫１１から隣接層１２側に出射し、回折
格子Ｇの１ｊＩｌ析作川によｉ／）隣接層１２外に出射
する。このよう（、二カ波尤１４の−・部ｈ’ｉ光導波
（３）１１外に山幅すると、上記力１ラー１リズム１８
から出ｎ＝ｔする出ｌｍ＝１光１４″の強［αはその分
だ（Ｊ低下り−る。したがって上記電極χ＝ＩＡ１、Ａ
２への電圧印加を制御することにより、：ｌ’＋　’Ｊ
’ｌ光１４″を窃調す−ろことかてきる。／、１お先に
説明した通り、導波光１４の浸み出し光と回１１１（６
子Ｇとの相互作用（、二Ｊ、６２０波）〜１１４／／）
１１１４出シ（，１，４ＦＦとんどの導波光１４か取り
出されるほど十分１ｉＪｊｉ効率で行なわれるから、被
変調光である出ｑ・１光１４″の消光比１１十分に高め
られろ。

なお半導体レーｊＦ　１７をＷ、　＞Ｓ波１％ｉ　１１
４こ直接結合１！ずに、レンズ′やカプラー−ｌリズム
、グレーディングカプラ等を介（〕て尤＞９波＠１１に
光を大川さ！！るようにしてらよい、１また被変調）ｋ
ｔ−Ｃある出ｑ・１）に１４″を光導波層１１から出ｑ
・１ざ（！ろＩ、めに、ト）小の力Ｊラープリズム１）
３以外の索子か用いられて０よい。

また崖ン９体レーザ１７１１光尋波１ｆ’？ｉの形成時
に、これと一体に作られてしよい９、ぞして走査光を発
生覆る光源も上述の半導体レーザ”１７＋Ｊ１限らず、
その他例えばカス１ノ一り“や固体１ノーリ゛等が用い
られてもよい。

なお本実施態様装置において半導体レー＋Ｊ”１７は、
導波光１４か一例として１次り一ト（光モリ波層１１内
ル通幼オスｌ−１！＋１１．−　　？ｋ　＊　’４４．
５古−１１１ネＪ１合ＡねＴ（ハる。第６図および第７
図ＣＪそれぞれ、−例として光屈折率ｒ１２　＝１．５
４４、ｎ３＝１．’１５７である場合の光屈折率ｎｔ　
と隣接層１２０厚さとの関係、光屈折率ｎ１　ど光導波
層１１の厚さとの関係を導波ｔ−１次数毎に示す一〇の
である。これらの図から明らかなＪ：うに、光屈折’Ｉ
Ｉ　ｎ　１か例えば１゜５コε３のとき、Ｏ洗上−トの
場合隣接間１２の厚さく３１、約５５μｍ、光導波Ｎ１
１の厚さは約０．４μｍであり、一方１次モードの場合
隣接Ｎ１２の厚さは約２２　ｊｌ　ｒｒｌ、光導波層１
１の厚さは約１．５μｍと４↑る。つまりシリ波モード
か１次モードの場合は、０次ｔ−ドの場合に比べ、隣接
層１２の厚さは半分以下になる。また光導波層１１の厚
さに対する隣接層１２の厚さの化は、Ｏ洗上−ドの場合
的１３８（＝５０１０．４＞であるのに対し、１次モー
ドの県会に１約’１５　（−２２／１．５）となる。

上記のように導波モートを１次モードとした本実施態様
装置において（よ、導波モートが０次モードである場合
に比べ隣接１４１２の厚さが十分に薄くなるので、スパ
ッタ等による隣接Ｒ１２の形成が容易になる１、また光
導波層１１と隣１８層１２のＩｒｊさの芹も極めて小さ
く／、Ｔるので、両図１１．１２の熱膨張率の違いによ
り層形成が困１ＸＩＩＩに／、Ｔることも回避される。

なお本発明にａ３い′（−１力波−し−ドの次数１．１
．−．１記実施態様にお（−Ｊる］次し一ト１こ限定さ
れる１つのではなく、０次モートとされてしＪ、０゜（
）か（）導波モード次数が高い（５Ｌと」−述の効果が
顕著（こイｒることは、前記第６図および第７図から明
らかである。

また回折格子Ｏど導波光１４との相互作用（、上、導波
モード次数か高い（、■と題名（こ４よるので、光う９
波層１１からの導波光取出（ノ効率を高める七でら、う
０波モードは高次に設定り−るのが好よしい。

次に第５図を参照して本発明の第２実施態様装置につい
て説明する。なおこの第５図ｔこ、１３いて、前記第４
図中の東京と同等の昔素（こけ同格月をイ・１し、それ
らについての説明１．１省略する。この実施態様におい
て隣接層１２０表面に設Ｃｊられる回折格子Ｇは、集光
回折格子として形成されており、該回折格子Ｇから出自
・１した光１４（ま、一点に集束されるように４１つて
いる。この集光回折格子Ｇは、光導波層１１内の導波光
１４の進行方向に２次曲線状の格ｒパターン（グリッド
パターン）を並設し、そして各パターンの曲率とパター
ン間ピッチを変化さけてなるものであり、それにより上
述のような集束作用を有するものとイｒっている。なお
このようイ【集光回折格子については、例えば電子通信
学会技術研究報告０ＱＣ８３−８４の４７〜５４ページ
等に詳しく記載されている。

上述のように一点に集束する光１４は、例えばガルバノ
メータミラー等の光伽向器３０によって伶向きれ、この
光１４の集束スポラｊ−Ｐが感光体３１を１次元的に走
査するようになっている。したがってこの走査（主走査
）の方向と略直角な方向に感光体３１を移動ざｔ！−て
副走査を行なえば、この感光体３１４よ集束スポラｌ−
Ｐによって２次元的に走査される。そして前記第４図の
ｇ置におけるのと同様に、電極対Ａ１、Ａ２への電圧印
７１１１を制御すれば、回折格子Ｇからの出射光（走査
光）１４か変調されるので、該出射光１４により感光体
３１に画像を記録することができる。

以上述べＩ＝ように本実施態様１ム胃（、：１１、回折
格子Ｇから取り出される出口４光１４を被変調光とし−
（利用するものである。このようへ装置においては当然
ながら、電極対ＡＩ、Ａ２の間隙部分を通過して光導波
層１内を進行する導波光１４を、前記カプラープリズム
１８等によって光ｊ９導波１１外に出ｑ・１させる必要
は無い。

（発明の効果） 以上詳細に説明した通り本発明の光度ＩＸＪ器は、光導
波層（路）に密着する隣接層に設ｃＪられた回折格子の
作用により、光導波層内を進行′？１−る導波光を効率
良く光力技Ｍ外に取り出すようにしているので、被変調
光の消光化が十分に高められるムのとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の光変調のイ（組みを説明する説明
図、 第２図は第１図の構成の分散曲線を示１グラフ、句イ／
′１　丘７１１ＪＥシ（□　１　【（引ｆハＵ覧□ｔ、
ｅ　１−−ｊ□さト番　人１鵡’ｒｔｈ欅りの引マ用４
〉布を示す概念図、 第４図（Ｊ本発明の一実施態様による光変調器を示す斜
視図、 第５図は本発明の他の実施態様装置を示す斜視図、 第６図は本発明に係る隣接層の光屈折率と厚さとの関係
を導波モード毎に示すグラフ、第７図１；１本発明に係
る隣接層の光屈折率と、光導波Ｎの厚さとの関係を導波
モード毎に示すグラフである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも一方がエネルギー付加により光屈折率
   を変える材料からなり、互いに密着された光導波層と通
   常は該光導波層よりも小さい光屈折率を示す隣接層との
   積層体と、 前記光導波層および／または隣接層に、前記光導波層内
   を進む導波光の光路に沿って設けられたエネルギー付加
   手段と、 前記隣接層の表面の、前記エネルギー付加手段によるエ
   ネルギー付加箇所に対応する部分に設けられた回折格子
   と、 前記エネルギー付加手段を所定のエネルギー付加状態に
   設定し、そのエネルギーの付加箇所において前記導波光
   が前記回折格子との相互作用により前記積層体の外に出
   射するように前記光導波層および／または隣接層の光屈
   折率を変化させる駆動回路とからなる光変調器。
2. （２）前記材料が電界印加により光屈折率を変える電気
   光学材料であり、前記エネルギー付加手段が電極対であ
   り、前記エネルギー付加箇所がこの電極対の電極間間隙
   であり、前記駆動回路が前記電極対の電極間に電界を印
   加するように形成されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の光変調器。
3. （３）前記導波光の導波モードが、高次モードに設定さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の光変調器。